### Литий-ионды аккумуляторлардағы байланыстырушы заттарды визуализациялаудың жаңа әдісі

Энерго-селективті кері шашыраған электронды (EsB) визуализация әдісін қолдана отырып жүргізілген зерттеу зертханалық жағдайда дайындалған литий-ионды аккумулятор анодындағы графит бөлшектерінде карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) мен стирол-бутадиен каучугының (СБК) наноқабаттары мен агломераттарын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл анод броммен өңделгеннен кейін зерттелді. Электронды визуализация кезінде бромдалған СБК мен КМЦ-ның тұрақтылығындағы айырмашылықтар EsB кескіндерінде екі байланыстырушыны жеке-жеке анықтауға мүмкіндік береді. Байланыстырушы фазаларды ажыратуды жеңілдету үшін кескіндер қосымша боялды.

#### Әдістің жасалуы және оның маңызы

Литий-ионды аккумулятор электродтарының ішіндегі негізгі компоненттерді анық көруге мүмкіндік беретін жетілдірілген әдіс жасалды. Бұрын бұл компоненттердің орналасуын бақылау айтарлықтай қиындық тудырған еді. 17 ақпанда Nature Communications журналында жарияланған зерттеу нәтижелері аккумулятор өндірісінің тиімділігін арттыруға және литий-ионды батареялардың зарядтау жылдамдығы мен қызмет ету мерзімін жақсартуға септігін тигізуі мүмкін.

#### Аккумулятордағы байланыстырушы заттардың рөлі

Зерттеудің басты назарында литий-ионды аккумуляторлардың теріс электродтарында (анодтарында) қолданылатын полимерлі байланыстырушы заттар болды. Бұл заттар электрод материалдарын біріктіретін желім рөлін атқарады. Олардың массасы электродтың жалпы массасының 5%-дан азын құраса да, олар механикалық беріктікке, электрлік және иондық өткізгіштікке, сондай-ақ аккумулятордың көп мәрте зарядтау циклдарындағы ұзақ қызметіне айтарлықтай әсер етеді. Аз мөлшерде болуы және айқын визуалды белгілерінің болмауы олардың электрод ішіндегі орналасуын дәл анықтауды қиындатады, бұл аккумулятор сипаттамаларын оңтайландыру мүмкіндігін шектейді, себебі байланыстырушының таралуы өткізгіштікке, құрылымдық тұрақтылыққа және қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді.

#### Патенттелген таңбалау әдісі

Бұл мәселені шешу үшін графитті және кремнийлі анодтарда кеңінен қолданылатын целлюлозалы және латексті байланыстырушы заттарға бақыланатын күміс және бром маркерлерін бекітуге мүмкіндік беретін патенттелген бояу әдісі жасалды. Таңбалаудан кейін байланыстырушы заттар рентген сәулелері (энергия-дисперсиялық рентген спектроскопиясы арқылы өлшенеді) немесе үлгі бетінің жоғары энергиялы электрондарын шағылыстыру (энерго-селективті кері шашыраған электронды визуализация арқылы өлшенеді) арқылы анықталады. Электронды микроскоппен бақылау кезінде бұл сигналдар электрод бетінің элементтік таралуы мен құрылымының егжей-тегжейлі карталарын алуға мүмкіндік береді, бұл байланыстырушының таралуын әлдеқайда дәл талдауды қамтамасыз етеді.

Әдіс стандартты графитті электродтарға да, заманауи материалдарға, мысалы, кремний мен SiOx-қа да қолданылады, бұл оны қазіргі және болашақ аккумуляторлар үшін өзекті етеді.

#### Байланыстырушының таралуының аккумулятор сипаттамаларына әсері

Жаңа визуализация құралының көмегімен байланыстырушының таралуындағы тіпті аз өзгерістердің өзі аккумулятордың зарядтау тиімділігі мен қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер ететіні анықталды. Суспензияны араластыру және кептіру сатыларын түзету арқылы тәжірибелік электродтардың ішкі иондық кедергісі 40%-ға дейін төмендеді, бұл жылдам зарядтау үшін маңызды фактор болып табылады.

Графит бөлшектерін жабатын өте жұқа КМЦ қабаттарының егжей-тегжейлі кескіндері алынды. Әдіс КМЦ-ның қалыңдығы небәрі 10 нм болатын қабаттарын анықтауға және бір кескінде төрт реттік шаманы қамтитын құрылымдарды визуализациялауға мүмкіндік берді. Бастапқыда біркелкі КМЦ қабаты электродты өңдеу барысында бөлшектенуі мүмкін екені анықталды, бұл аккумулятордың сипаттамалары мен тұрақтылығын төмендетуі мүмкін.

#### Қолдану перспективалары

Химия, электронды микроскопия, электрохимиялық сынақтар және модельдеуді қамтитын пәнаралық жұмыс аккумуляторлардың ұзақ қызмет етуі мен өнімділігіне әсер ететін негізгі беткі процестерді түсінуге көмектесетін инновациялық визуализация тәсілін жасауға әкелді. Бұл аккумуляторлық технологияларды кең ауқымда қолдану үшін жаңа мүмкіндіктер ашады.

Зерттеу Nextrode Faraday Institution жобасымен қолдау тапты және аккумулятор мен электромобиль өндірушілерін қоса алғанда, өнеркәсіп тарапынан үлкен қызығушылық тудырды.