Phương pháp cảm biến lượng tử nắm bắt được quá trình tiến hóa điện hóa ở quy mô nano trong pin
của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Sơ đồ về quá trình cảm biến lượng tử hoạt động cho pin. Nguồn: Viện Vật lý
Hiệu suất pin chịu ảnh hưởng rất lớn bởi sự không đồng đều và lỗi của từng hạt điện cực. Hiểu được cơ chế phản ứng và chế độ lỗi ở quy mô nano là chìa khóa để thúc đẩy công nghệ pin và kéo dài tuổi thọ của chúng. Tuy nhiên, việc nắm bắt được quá trình tiến hóa điện hóa theo thời gian thực ở quy mô này vẫn còn nhiều thách thức do những hạn chế của các phương pháp cảm biến hiện có, vốn thiếu độ phân giải không gian và độ nhạy cần thiết.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu từ nhóm của Suo Liumin và nhóm của Liu Gangqin từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển một phương pháp cảm biến lượng tử dựa trên các tâm nitơ khuyết (NV) của kim cương.
Nghiên cứu có tên "Cảm biến lượng tử Operando nắm bắt được quá trình tiến hóa điện hóa ở cấp độ nano trong pin", được công bố trên tạp chí Device vào ngày 10 tháng 9.
Cảm biến NV cung cấp độ phân giải không gian từ 1nm đến 1μm và nhạy cảm với các biến đổi về nhiệt độ, ứng suất và từ trường, có tiềm năng lớn trong việc theo dõi thời gian thực, không phá hủy các hạt điện cực pin.
Sử dụng một thiết bị tích hợp kết hợp hệ thống cảm biến lượng tử với pin, các nhà nghiên cứu đã đạt được khả năng theo dõi tại chỗ các hạt vật liệu hoạt động ở cấp độ nano, được chứng minh bằng các điện cực Fe3O4.
Những phát hiện của họ cho thấy các chuyển đổi pha không đồng nhất từ Fe3O4 thành FeO rồi thành Fe trong quá trình xả, với sự khác biệt đáng kể về động học vi mô giữa các vùng.
Nghiên cứu này cũng phát hiện ra hành vi siêu thuận từ ở các hạt Fe.
Sự khác biệt đáng kể về từ trường và phân bố nhiệt độ bên trong điện cực cũng được tiết lộ thông qua cảm biến đa luồng trong nghiên cứu này.
Bản đồ từ trường bên trong điện cực Fe3O4. Nguồn: Viện Vật lý
Cảm biến lượng tử kim cương ghi lại quá trình tiến hóa điện hóa ở cấp độ nano của điện cực Fe3O4. Nguồn: Viện Vật lý
Bản đồ từ trường bên trong điện cực Fe3O4. Nguồn: Viện Vật lý
Những kết quả này chứng minh tiềm năng của các trung tâm NV kim cương để mô tả đặc điểm vùng nano trên diện rộng, độ phân giải cao bên trong điện cực, cung cấp những hiểu biết mới về hành vi vật liệu và cơ chế hỏng hóc.
