p As preocupações com a disponibilidade finita de petróleo e o efeito dos gases de efeito estufa no clima estimularam esforços intensos para desenvolver veículos com tração elétrica; a principal barreira para a comercialização bem-sucedida é a tecnologia de baterias. Embora as baterias de íon-lítio, crucial no boom de eletrônicos portáteis, ser a tecnologia preferida em modelos a serem comercializados em breve, melhorias adicionais em sua densidade de energia, custo, o ciclo de vida e a segurança ainda são necessários. p Observação do movimento das frentes de transição de fase química e mudanças na estrutura dos poros do eletrodo, que permite o umedecimento eficaz das partículas pelo eletrólito e o transporte de íons de lítio, poderia direcionar novas estratégias para o projeto de dispositivos de alta densidade de energia de próxima geração. Portanto, monitorar mudanças nos eletrodos durante a operação da bateria (ou seja, inserção / extração de íons Li) requer imagens de alterações morfológicas e químicas. A microscopia XANES traz a promessa de adicionar uma nova dimensão, Visualização química e arquitetônica em nanoescala 3D, para o diagnóstico de eletrodos de bateria de íons de lítio.

p Este trabalho descreve duas publicações recentes nas quais a microscopia de absorção de raios-X perto da estrutura da borda (XANES), uma técnica revolucionária baseada na combinação de microscopia de raio-X de transmissão de campo completo (TXM; ver Figura 1) com XANES, foi usado para obter nanotomografia em materiais encontrados em eletrodos de bateria de íon-lítio (Nelson et al. 2011) e nos próprios eletrodos de bateria (Meirer et al. 2011). O microscópio de raios-X de transmissão de campo completo na SSRL Beam Line 6-2 é capaz de gerar imagens de 4 a 14 keV, uma faixa adequada para imagens espectroscópicas de muitos metais usados ​​em eletrodos de bateria e outros materiais.

p Com um campo de visão de 30 mícrons, extensível a milímetro de raiva com imagens em mosaico, o microscópio pode ser usado para obter espectros XANES de pixel único (15-30 nanômetros), resultando em aproximadamente um milhão de espectros XANES por pilha de energia. O encaixe do XANES resulta em um mapa de fase química com resolução de 30 nanômetros (consulte a Figura 2 para ver o esquema da técnica). Como este método combina alta resolução com campo de visão relativamente grande e penetração profunda de raios-X de materiais, pode fornecer informações químicas 2D e 3D sobre áreas relativamente grandes relevantes para estruturas hierárquicas encontradas em materiais de energia, como eletrodos de bateria, células de combustível, e sistemas catalíticos.

p O impacto potencial desta técnica é ilustrado com o estudo das mudanças que ocorrem no NiO durante o ciclo em uma bateria de Li. NiO é considerado um material de ânodo alternativo devido à sua capacidade de armazenamento de carga muito alta3. O uso de microscopia XANES para analisar eletrodos de baterias de íon-lítio NiO em diferentes estados de carga resulta em uma série de imagens em que a presença de NiO e Ni, a fase produzida na redução, pode ser resolvido e correlacionado com mudanças na morfologia e porosidade.

p No âmbito do armazenamento de energia, este trabalho adiciona uma dimensão completamente nova ao diagnóstico de eletrodos de bateria de íon-lítio, que são dispositivos de grande relevância tecnológica devido à sua implementação em veículos de tração elétrica. De um modo mais geral, A microscopia 3D XANES é uma técnica única que combina resolução espacial e energética sem precedentes com grandes campos de visão e aquisição rápida (as imagens podem ser obtidas em minutos a algumas horas), cujas capacidades e alto rendimento levam a um impacto abrangente em uma variedade de campos como diversos como armazenamento de energia, objetos arqueológicos, e biomateriais. O trabalho preliminar em imagens de NiO / Ni foi publicado na Applied Physics Letters e o trabalho 3D XANES em eletrodos de bateria de íon de lítio foi publicado no Journal of Synchrotron Radiation .