“في الموقع يستخدم نظام التصويرالكشف عن تهمة نقل مسار متعدد التكافؤ بطاريات أيون الفلزدراسات على الطاقة وعلوم المواد ، الكهروكيميائية تقنيات التصوير و آلية التكافؤ بطاريات أيونعبر الحقول . في الجزء التالي ، سوف نحلل هذا الموضوع من عدة جوانب ، بما في ذلك البحوث الخلفية ، الوسائل التقنية ، القضايا العلمية الرئيسية ، أهمية البحث والتطبيق المحتمل احتمال .

أولاً - خلفية البحث

1 - ظهور بطاريات أيون الفلز المتعددة التكافؤ

جنبا إلى جنب مع الحاجة الملحة إلى كثافة الطاقة العالية بطاريات السيارات الكهربائية ، على نطاق واسع تخزين الطاقة ، بطاريات ليثيوم أيون التقليدية ( على أساس سعر الوحدة لي ) تواجه مشاكل مثل محدودية الموارد ( ندرة الموارد الليثيوم ) ، المخاطر الأمنية ( الحرارية هارب ) و كثافة الطاقة من عنق الزجاجة .

　　متعدد التكافؤ بطاريات أيون الفلز ( مثل ملغ ⁺ ، الزنك ⁺ ، كاليفورنيا ⁺ ، آل ⁺ )بسبب :

　　أعلى من القدرة النظرية(如 Mg: 3833 mAh / g ، Zn: 820 mAh / g) ،

　　انخفاض التكلفة و وفرة الموارد，

　　ارتفاع كثافة الطاقة الحجمية，

يعتبر مرشح مهم للجيل القادم من كثافة الطاقة العالية ، آمنة ومستدامة نظام البطارية .

ومع ذلك ، فإن التطبيق العملي متعدد التكافؤ بطاريات أيون لا تزال تواجه العديد من التحديات ، ولا سيما :

🔍حركية الشحنة الكهربائية ( الأيونات ) في القطب / المنحل بالكهرباء واجهة بطيئة ، واجهة الاستقرار الفقراء ، يستخدم آلية التخزين ليست واضحة .هذه المشاكل تحد من أداء دورة الحياة .

يستخدم مسارات النقل : القضايا العلمية الأساسية في بطاريات أيون متعدد التكافؤ

في متعدد التكافؤ بطاريات أيون الفلز ،نقل وتخزين الأيونات ( مثل ملغ ⁺ ، الزنك ⁺ ) هي أكثر تعقيدا بكثير من التكافؤ الأيونات ( مثل لي ⁺ ) .الأسباب تشمل :

　　أعلى كثافة الشحنة الكهربائية ، أقوى من التفاعل الكهربائي ، وارتفاع الطاقة تذاوب تذاوب / حاجز

　　من السهل تشكيل تركيز أيون الاستقطاب ، تغصن ، واجهة طبقة التخميل

　　مرحلة تغيير أو مسحوق من السهل أن تحدث في دورة كبيرة من سلالة الهيكلية المواد الكهربائي

لذاكيفية نقل الشحنات الكهربائية ( الأيونات ) في المنحل بالكهرباء ، كيفية عبور الحدود ، كيفية نشر / تضمين / دي تضمين المواد الكهربائيكشفيستخدم مسار النقل و السلوك الديناميكيهو المفتاح لتحسين أداء البطارية .

ومع ذلك ، فإن معظم هذه العمليات تحدث فينانومتر إلى ميكرون الحجم ، الكهربائي المنحل بالكهرباء واجهة ، والداخلية من الموادالأساليب التقليدية ( مثل XRD ، ووزارة شؤون المرأة ، تيم ، اي ) غالبا ما توفر سوى معلومات ثابتة أو غير مباشرة .من الصعب تحقيق في الموقع ، ودينامية ، وارتفاع القرار المكانية والزمانية المراقبة في حالة عمل البطارية الحقيقيةمنتدى

في الموقع يستخدم نظام التصوير : اختراق تقنيات توصيف

من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه ، وقد وضعت العديد من الباحثينفي الموقع التصوير وتوصيف تقنيةوفي الموقع يستخدم نظام التصوير" بالضبطفي الوقت الحقيقي ، وارتفاع القرار ، ودينامية رصد مسار الشحنة الكهربائية ( الأيونات ) في البطاريةالتكنولوجيا المتقدمة منصة .

1 - ما هو الموقع يستخدم البطارية نظام التصوير ؟

هو نوععالية الدقة نظام التصوير المتكاملة في بيئة البطارية الحقيقية, يهدف إلى :

أثناء شحن البطارية والتفريغ ،في الوقت الحقيقي التقاط الأيونات ( على سبيل المثال ، ملغ ، الزنك ) التوزيع ، مسار الهجرة ، التدرج في التركيز ، واجهة السلوك ، الخ .

عادة ما تجمع بين مجموعة متنوعة من تقنيات التصوير والتحليل الطيفي ، مثل :

　　في الموقع المجهر الضوئي ( على سبيل المثال ، مضان التصوير ، التصوير نثر )

　　في الموقع المسح المجهري التحقيق الكهروكيميائية ( على سبيل المثال ، skpm SECM , )

　　في الموقع انتقال الإلكترون المجهر ( تيم )

　　في الموقع التصوير بالأشعة السينية ( على سبيل المثال ، XRD ، XAS ، XRM )

　　في الموقع التصوير بالرنين المغناطيسي

　　في الموقع مضان / رامان / الأشعة تحت الحمراء أطياف

　　الكهروكيميائية نظام التصوير على أساس مؤشر الفلورسنت أو nanoprobe

بعض النظم المتقدمة حتى مجتمعةالكهروكيميائية محطة العمل + ارتفاع القرار التصوير + معالجة البيانات في الوقت الحقيقي، لتحقيق داخل البطارية" التوزيع المحتمل ، تركيز أيون ، التوصيل الإلكتروني ، مرحلة تغيير السلوك "إلى جانب مراقبة العديد من المجالات المادية .

كيف يمكن للنظام الكشف عن تهمة نقل مسار متعدد التكافؤ بطاريات أيون ؟

1 - تشمل المهام التي تم إنجازها والمعلومات التي تم الكشف عنها ما يلي :

ملاحظة المحتوى	مثال على الوسائل التقنية	مشكلة علمية
نشر و نقل الأيونات في المنحل بالكهرباء	في الموقع التصوير الضوئي ، مسبار الفلورسنت ، ايون القطب الانتقائي	ايون معدل النقل ، تركيز التدرج ، الاستقطاب
النقل و desolvation الأيونات في القطب / المنحل بالكهرباء واجهة	في الموقع الكهروكيميائية المجهر ( SECM / SKPM ) ، انعكاس الأشعة السينية / طيف الامتصاص	مقاومة السطح البيني ، ايون الامتزاز ، تذويب حاجز
تضمين / إزالة الأيونات في مسار المواد الكهربائي	في الموقع XRD ، تيم ، في الموقع / التصوير بالرنين المغناطيسي	مرحلة التحول ، ايون نشر قناة تطور البنية البلورية
تهمة ( إلكترون + أيون ) نقل السلوك التعاوني	في الموقع إلى جانب التصوير الضوئي الكهروكيميائية	المزدوج آلية النقل ايون اقتران ، تهمة عدم الاتزان
تغصن النمو ، رد فعل الجانب ، ساي فيلم تطور	في الموقع البصرية / المجهر الإلكتروني / رامان	مكثفات الاستقرار دوري عكس

2 - حالة نموذجية الاتجاه ( حدود البحث العلمي )

　　في الموقع التصوير المقطعي بالأشعة السينيةطرق النمو و التشكل من الزنك ۸ تغصن في دورة الخلية لوحظ .

　　في الموقع انتقال الإلكترون المجهر ( تيم )إضافة ونشر سلوك mg ۸ في قناة بعدين المواد ( مثل mxene و موس ₂ ) لوحظ .

　　في الموقع التصوير مضانباستخدام أيون حساسة مسبار الفلورسنت ، في الوقت الحقيقي رصد التغيرات في تركيز المحلية ملغ ⁺ أو الزنك ⁺ في المنحل بالكهرباء .

　　في الموقع الكهروكيميائية كريستال كوارتز مِيزَان دَقِيق ( eqcm ) + التحليل الطيفيدراسة امتزاز ايون واجهة الجودة ؛

　　multiphysical المحاكاة الميدانية + التصوير في الموقع السيطرةمن خلال الجمع بين النمذجة مع التجربة ، ونحن الكشف عن الاختناقات في مسار نقل الأيونات وديناميات .

أهمية البحث والتطبيق احتمال

1 - الأهمية العلمية

　　الكشف عن آلية نقل الشحنة المجهرية في التكافؤ بطاريات أيونبما في ذلك نشر الأيونات ، واجهة النقل والتخزين حركية .

　　دليل تصميم المواد الكهربائي( على سبيل المثال ، بناء القنوات الأيونية ، وتعديل التوجه الكريستال ، وإدخال العيوب / المنشطات ، الخ . )

　　الصيغة الأمثل بالكهرباء( على سبيل المثال ، والحد من desolvation الطاقة ، وزيادة الموصلية الأيونية ، وقمع الآثار الجانبية ) ؛

　　فهم آلية فشل البطارية( على سبيل المثال ، تغصن ، التخميل ، مرحلة التحول ، الخ . )

2 - آفاق التطبيق

　　تعزيز تطبيق كثافة الطاقة العالية ، وارتفاع الأمن متعدد التكافؤ بطاريات أيون الفلز ( مثل الزنك والمغنيسيوم ايون ايون البطاريات )

　　نظرية دعم تطوير نوع جديد من نظام البطارية الأيونية ( مثل آل ايون ، كاليفورنيا )

　　مساعدة ذكي تصميم البطارية ، مثل التشخيص الذاتي ، التنظيم الذاتي نظام البطارية

سادساً - الخلاصة والتوقعات

　　" في الموقع يستخدم بطارية نظام التصوير يكشف عن تهمة نقل مسارات متعددة التكافؤ بطاريات ايونات المعادن "هو نقطة ساخنة وصعبة في مجال الطاقة ومواد البحث .في الموقع ، وارتفاع القرار ، ودينامية تكنولوجيا التصويرمن أجل فهم المشاكل العلمية الرئيسية في بطاريات أيون متعدد التكافؤ ، ونحن التقاط ايون الهجرة وتخزينها في البيئة الحقيقية الكهروكيميائية .

ويمكن أن تشمل الاتجاهات المستقبلية ما يلي :

تطوير تقنية التصوير في الموقع مع ارتفاع القرار المكانية والزمانية أكثر اعتدالا .

التصوير المتعدد الوسائط ( مثل خطوة الإشعاع + الكهروكيميائية المجهر + الطيف ) ؛

جنبا إلى جنب مع آلة التعلم و تحليل البيانات الكبيرة ، عميق نقل القانون المستخرج من بيانات التصوير .

دفع التكنولوجيا في الموقع من المختبر إلى تشخيص وتحسين البطاريات الصناعية .