太平洋西北国家实验室贝丝·蒙迪
离子软着陆允许研究人员根据电荷和大小选择哪些离子落在表面上
信用:科特兰·约翰逊|太平洋西北国家实验室 管理我们世界的每一项技术都需要按需提供能源
能量必须储存起来，并且能够为电子设备和轻型建筑供电
需要按需提供能量的各种设备已经导致了许多储存能量的策略的发展
许多储能装置将化学和电学过程结合起来，将能量从一种形式转换成另一种形式
这个过程产生了一个界面——两种不同材料相遇并转化的作用场所
为了制造更高效、更持久的储能装置，科学家需要控制这些界面及其附近发生的事情
但这并不容易
领导分离科学项目的太平洋西北国家实验室(PNNL)化学家格兰特·约翰逊说:“大多数研究制作了一个复杂的界面，然后使用先进的表征技术来试图理解它。”
“相比之下，我们不会制作整个界面
我们分别准备每一件，这使我们能够研究单个组件以及它们是如何形成的
" 他们的方法叫做离子软着陆
这项技术使科学家能够看到存在于真实能量存储界面的单个带电分子或离子是如何与电极表面和电势相互作用的
它将真实能量存储系统中存在的混乱界面简化为只有一种离子和表面的独立系统
然后，研究人员可以研究每个分子在创造界面中扮演的角色
用于能量存储目标研究的软着陆离子 离子软着陆使研究人员能够根据电荷和大小选择单一的特定类型的离子
然后，选定的离子轻轻地落在导电表面上
这个过程为所选分子和表面材料的反应准备了精确定义的界面特征
定制的设置允许研究人员进行离子软着陆实验
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 一旦界面准备好，研究人员可能会使用其他仪器来检查表面和分子是如何相互作用的
这种表征揭示了关于在界面上断裂和形成的化学键性质的信息
为我们许多电子设备提供动力的锂离子系统可能是最常见的储能设备
然而，PNNL研究团队正在探索更高效、更具潜在变革性的储能系统
这些包括锂硫离子，锂基固体，以及超越锂化学
对于这项研究，研究小组从分子的电解质溶液开始，将选定的离子，如各种硫化锂，软着陆在富氧表面的锂金属上
他们最近发现了带负电荷的锂硫离子在这些新的能量存储装置的界面操作中发挥关键作用的一种方式
他们发现这些离子经历了多重反应，主要集中在硫的还原和氧化化学，而不是锂
这些发现解释了在能量存储装置中观察到的硫-氧键和相关反应分子的性质
离子软着陆工作为为什么锂硫界面存在氧化形式的硫提供了分子水平的解释
准确理解这些重要的离子是如何在模型界面变成固体材料的，有助于研究人员分解真实设备中复杂的界面
约翰逊说:“每次我们探索单个类型的分子是如何反应的，我们都会学到一些新的东西，建立起关于界面形成的集体知识。”
离子软着陆后偷看衬底
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 了解储能中涉及的接口 最初，PNNL研究人员在能源部基础能源科学分离科学项目的支持下开发了离子软着陆能力
通过这个项目，化学工程师文基·普拉巴卡兰利用离子软着陆来研究用于分离的电化学活性界面
然而，他想看看这项技术在分离系统之外还能做什么
几年前，与物理学家维贾伊·穆鲁格桑的一次会面带来了离子软着陆进入储能领域
穆鲁格桑是能源部创新中心联合储能研究中心的重点领域
普拉巴卡兰说:“有一天，我和维贾伊开了一个会，谈了一些别的事情，我们开始谈论我们的研究。”
“我们很快意识到，离子软着陆可能是帮助回答Vijay领导的JCESR重点领域关键问题的重要工具
" 该团队即将搬到能源科学中心，这将简化他们的工作，并使他们更紧密地合作，进行有效的合作和实验研究
“目前，我们必须走几条走廊才能从离子软着陆实验室到达关键的表征仪器，”Murugesan说
虽然这看起来并不遥远，但这种短暂的行走给它们高度敏感和反应灵敏的样本带来了问题
研究人员不得不使用一个特殊的“真空手提箱”来运输样本，甚至是在大厅里
普拉巴卡兰说:“在能源科学中心，我们的实验室将紧挨着。”
“我们会有一个连接的门
“从一台仪器到另一台仪器的路程明显缩短，意味着样品降解或污染的时间减少
最近的一项创新让团队很兴奋，它包括同时选择和沉积两种离子，一种是正离子，一种是负离子
这种方法创建了一个更真实的能量存储设备模型
不同的离子相互作用，并与表面相互作用，使团队能够捕捉界面上的动作
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