ZEISS GeminiSEM

O desempenho de materiais funcionais e dispositivos avançados, como baterias, células solares e células de combustível, depende da microestrutura do material usado. Para que esses materiais compostos ofereçam o desempenho desejado, a interação entre muitos materiais diferentes precisa funcionar.

O foco aqui está nos materiais níquel, manganês e cobalto. Esse tipo de bateria é chamado de Li-NMC, LNMC, NMC ou NCM. As designações NCM 111, 523 etc., indicam a respectiva proporção de composição de níquel, cobalto e manganês. O exemplo mostra a seção transversal de uma bateria de íons de lítio com um cátodo feito de NCM 111. A carga e a descarga das baterias de íons de lítio levam a alterações na microestrutura. Ocorrem rachaduras, que aumentam a área de superfície da camada SEI. Isso reduz o desempenho da bateria.

Usando um microscópio eletrônico, podemos ver que há diferenças estruturais entre as variantes de NCM quando outros fatores de produção são fundamentalmente levados em conta. Quando vistas em seção transversal, as partículas primárias do 811 são muito menores do que as do 532 ou 111. Esse excelente contraste material da estrutura subgranular é visível apenas com um recurso exclusivo dos microscópios eletrônicos da ZEISS - o detector de retrodispersão seletiva de energia (EsB - Energy Selective Backscatter).

Uma melhor composição dos eletrólitos pode levar a um menor desgaste físico dos materiais do cátodo. Com melhores processos químicos, é possível produzir materiais catódicos com partículas de granularidade maior.

Seção transversal de uma célula de bateria de íon de lítio de pilha completa: Mapeamento EDS (O, Al, F, Si e C). É possível usar a espectroscopia de dispersão de energia (EDS - energy dispersive spectroscopy) para confirmar a composição elementar dos objetos sob investigação no microscópio.

Essa imagem confirma altos níveis de flúor residual no lado do cátodo, como esperado em uma amostra envelhecida. O flúor é encontrado no eletrólito e se junta a uma camada SEI que aumenta com o envelhecimento. O separador de boemita mostra sinais de alumínio e oxigênio, como esperado. O carbono é usado como um agente condutor no aglutinante. Como o polímero do separador é um hidrocarboneto, isso significa que o carbono pode ser visto em toda a bateria.

O tamanho e a distribuição dos grãos estão diretamente relacionados às características do material. Quantifique a estrutura cristalográfica de seus materiais de acordo com os padrões internacionais. Você pode caracterizar suas amostras usando três métodos de avaliação:

• Método planimétrico para a reconstrução automática de limites de granularidade
• Método de interceptação com uma variedade de diferentes grades de medição para detecção interativa e contagem de interseções de limites de granularidade
• Método de comparação para avaliação manual de imagens com diagramas de comparação
  

O software ZEISS ZEN Intellesis usa algoritmos de aprendizado de máquina e um modelo pré-treinado para reconhecer a fase exterior e os limites de granularidade. Com um clique, você pode selecionar o modelo de segmentação de instância e a classe a ser segmentada.

A vista de resultados contém todas as imagens e resultados da análise realizada. As imagens originais também são mostradas. Você pode visualizar todos os resultados da análise em uma tabela clara, bem como em um gráfico de barras para a distribuição do tamanho do grão.