a) Schéma d'une cellule de batterie lithium-ion rechargeable avec une grille TEM, qui est utilisé pour l'analyse par microscopie électronique, immergé à l'intérieur de l'électrode. (b-c) images de microscopie électronique à transmission à balayage d'une électrode NiO lorsque b) vierge (barre d'échelle 100 nm) et lorsque c) à moitié réagi (barre d'échelle 10 nm).
Les électrodes à nanoparticules dans les batteries lithium-ion ont des contributions à la fois proches de la surface et intérieures à leur capacité redox, chacun avec des capacités de taux distinctes. En utilisant la microscopie électronique combinée, méthodes de rayonnement X synchrotron et calculs ab initio, Les chercheurs du Brookhaven National Laboratory ont étudié les voies de lithiation qui se produisent dans les électrodes NiO. Ils ont découvert que l'électroactif près de la surface (Ni 2+ →Non 0 ) sites saturés très rapidement, puis rencontré des difficultés inattendues pour propager la transition de phase dans l'électrode (appelé mode "à noyau rétractable").
Cependant, la capacité intérieure pour Ni 2+ →Non 0 est accessible efficacement suite à la nucléation des doigts de lithiation, qui se propagent dans la masse de l'échantillon, mais seulement après un certain temps d'incubation. Les observations microstructurales du passage d'un mode lent à cœur rétractable à un mode doigt de lithiation plus rapide corroborent la caractérisation synchrotron de batteries de grand format, et peut être rationalisé par les effets du stress sur le transport à débit élevé. Le temps d'incubation fini des doigts de lithiation définit la limitation intrinsèque de la capacité de débit (et donc de la puissance) de NiO pour les dispositifs de stockage d'énergie électrochimique. Le présent travail dévoile le lien entre les voies de réaction à l'échelle nanométrique et la perte de capacité dépendante du taux de C, et fournit des conseils pour la conception ultérieure de matériaux de batterie qui favorisent une charge à taux C élevé.
Comprendre le lien entre les voies de réaction à l'échelle nanométrique et les propriétés électriques résultantes des batteries lithium-ion peut fournir des informations considérables sur la façon d'améliorer la conception globale et la longévité de ces batteries rechargeables.
Les installations de microscopie électronique du CFN ont été utilisées pour l'imagerie à l'échelle atomique, spectroscopie, et la tomographie pendant le processus de lithiation in situ.
