提升鋰電池研究優勢：與氬氣相容的桌上型掃描式電子顯微鏡

勀傑科技團隊譯

從行動設備到交通工具，電池是我們日常生活中不可或缺的一部分。隨著我們努力透過高效的電動車和可持續的能源來減少對地球的影響，新穎且改進的電池技術變得至關重要。

與其他商業可用的電池技術相比，鋰離子電池具有優越的能量和功率密度表現，是高效的能量儲存裝置。目前，鋰離子電池在越來越多的應用領域中得到廣泛使用，例如用於智慧型手機和電動車的電池。

鋰電池研究面臨的挑戰

然而，曾經發生一些引人注目的事件，鋰電池在大眾產品使用過程中爆炸，引發了大規模的召回。智慧型手機內所使用的鋰離子電池在飛行過程中引起火災之後，整個航空業採用了新的安全法規。同時，也曾發生電動車的電池燃燒案例，這電動車的電池燃燒案被證明難以撲滅且容易再次燃燒。

目前的技術已經帶來了具有液態電解質的鋰電池，而固態鋰電池則被設定為下一階段的電池研究。固態鋰電池有望解決兩個關鍵問題：

提供更大的能量密度
提供更安全的產品

鋰電池材料分析的主要挑戰在於它們在空氣中非常易起反應。在進行固態鋰電池的研發中，樣品的製備和分析過程必須保護樣品，避免其跟環境產生反應。氬氣環境可以防止鋰與氧氣、氮氣和/或水反應，從而防止潛在的危險結果。

鋰電池研究難題的解決方案

Thermo Fisher Scientific Phenom XL G2 氬氣兼容桌上型掃描式電子顯微鏡是唯一能夠完全放置在充滿氬氣手套箱內的掃描式電子顯微鏡，讓您能夠對對空氣敏感的鋰電池樣品進行研究。

圖左：工作流程的示意圖，包括Phenom XL G2桌上型掃描式電子顯微鏡安裝在一個手套箱內；圖右：Phenom桌上型掃描式電子顯微鏡實際設置，安裝在充滿氬氣的手套箱內。

通常，將樣品從手套箱轉移到掃描式電子顯微鏡時，樣品會因接觸到水、氧氣和/或氮氣而發生變化。現有的解決方案，如真空轉移套件，要麼昂貴、要麼複雜，要麼無法足夠保護樣品。將掃描式電子顯微鏡放置在手套箱內，工作流程將更加迅速，因為樣品和SEM分析處於相同的環境中。

然而，儘管鋰不與氬反應，但在氬氣環境中進行研究仍然面臨一些挑戰。

掃描式電子顯微鏡使用高達15,000伏特甚至更高的高加速電壓。在氬氣環境中使用這麼高的電壓，如果缺乏適當的預防措施，可能會引發火花，進而損壞掃描式電子顯微鏡內部的電子元件。

Phenom XL G2氬氣兼容桌上型掃描式電子顯微鏡採用專門技術來避免這種火花問題，提供一個受保護的環境，以對對空氣敏感的電池樣品進行特徵分析。

為鋰電池研究帶來的優勢

透過在充滿氬氣的手套箱內使用Phenom XL G2氬氣兼容桌上型掃描式電子顯微鏡，您可以在同一手套箱內同步進行樣品製備和SEM/EDX分析。這不僅使樣品製備、成像和分析過程變得迅速，同時也意味著鋰樣品在氬氣環境中得到了保護。因此，您可以在將樣品移至其他研究設備之前對其進行研究或進行預篩步驟。儘管使用了厚手套，樣品台的操作仍然簡單。此外，系統的長壽命光源使其能夠長時間使用而無需干預。