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Chemistry

नरम एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी और गुंजयमान के माध्यम से बैटरी में रसायन विज्ञान के तात्विक-संवेदनशील पता लगाना लोचदार एक्स-रे कैटरिंग

Published: April 17, 2018 doi: 10.3791/57415
Automatic Translation
1,2, 2,3, 2, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2
1Geballe Laboratory for Advanced Materials, Stanford University, 2Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, 3Department of Materials Science and Engineering, Binghamton University, 4School of Physics, National Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, 5School of Advanced Materials, Peking University Shenzhen Graduate School, 6School of Metallurgy, Northeastern University, 7Department of Chemical Engineering, University of California-Santa Barbara

Summary

यहां, हम नरम एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (sXAS) और बैटरी सामग्री के अध्ययन में अनुप्रयोगों के साथ गुंजयमान लोचदार एक्स-रे कैटरिंग (RIXS) के ठेठ प्रयोगों के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद ।

Abstract

ऊर्जा भंडारण और अधिक हो गया है और आज के सतत ऊर्जा अनुप्रयोगों के एक सीमित कारक है, बिजली के वाहनों और हरी बिजली अस्थिर सौर और पवन स्रोतों पर आधारित ग्रिड सहित । उच्च प्रदर्शन विद्युत ऊर्जा भंडारण समाधान, यानी, बैटरी विकसित करने की मांग दबाने, दोनों और अकादमी और उद्योग से बुनियादी समझ व्यावहारिक विकास पर निर्भर करता है । सफल बैटरी प्रौद्योगिकी के विकास की दुर्जेय चुनौती विभिंन ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों के लिए विभिंन आवश्यकताओं से उपजी है । ऊर्जा घनत्व, बिजली, स्थिरता, सुरक्षा, और लागत मापदंडों सभी बैटरी में संतुलित करने के लिए विभिंन अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा किया है । इसलिए, विभिंन सामग्रियों और तंत्र पर आधारित एकाधिक बैटरी प्रौद्योगिकियों को विकसित और अनुकूलित करने की आवश्यकता है । तीक्ष्ण उपकरण है कि सीधे विभिंन बैटरी सामग्री में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की जांच सकता है अपने पारंपरिक परीक्षण से परे क्षेत्र अग्रिम महत्वपूर्ण होते जा रहे है और त्रुटि दृष्टिकोण । यहाँ, हम नरम एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (sXAS), नरम एक्स-रे उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (sXES), और गुंजयमान के लिए लोचदार एक्स-रे कैटरिंग (RIXS) प्रयोगों, जो संक्रमण की स्वाभाविक मौलिक संवेदनशील जांच कर रहे हैं के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत-धातु 3d और आयनों बैटरी यौगिकों में 2p राज्यों । हम प्रयोगात्मक तकनीक और इन नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक के माध्यम से बैटरी सामग्री में महत्वपूर्ण रासायनिक राज्यों खुलासा प्रदर्शनों पर विवरण प्रदान करते हैं ।

Introduction

उच्च प्रदर्शन बैटरी विकासशील पर्यावरण की दृष्टि से सौंय संसाधनों और उपकरणों के साथ आधुनिक ऊर्जा अनुप्रयोगों को साकार करने के लिए महत्वपूर्ण आवश्यकताओं में से एक है । विकासशील उच्च दक्षता, कम लागत, और टिकाऊ ऊर्जा भंडारण उपकरणों दोनों बिजली के वाहनों के लिए महत्वपूर्ण हो गया है (ईवीएस) और बिजली ग्रिड, एक अनुमानित ऊर्जा भंडारण बाजार के विस्तार के साथ इस दशक में दस गुना । सर्वव्यापी ली-आयन बैटरी (LIB) प्रौद्योगिकी उच्च ऊर्जा के लिए एक होनहार उंमीदवार घनत्व और उच्च शक्ति ऊर्जा का भंडारण समाधान है1, जबकि ना आयन बैटरी (SIBs) कम लागत और ग्रीन के लिए स्थिर भंडारण ग्रिड को साकार करने का वादा पकड़ो 2अनुप्रयोग । हालांकि, बैटरी प्रौद्योगिकी के समग्र स्तर के मध्य के इस नए चरण की जरूरत को पूरा करने के लिए क्या आवश्यक है नीचे अच्छी तरह से करने के लिए बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण1,3।

उच्च प्रदर्शन ऊर्जा के विकास का दबाव चुनौती-भंडारण प्रणाली जटिल यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं बैटरी आपरेशनों से उठता है । व्यापक प्रयासों सामग्री संश्लेषण और यांत्रिक गुणों पर ध्यान केंद्रित किया है । हालांकि, बैटरी इलेक्ट्रोड में विशेष तत्वों के रासायनिक राज्यों के विकास के नए विकसित बैटरी सामग्री के लिए सक्रिय बहस के तहत अक्सर है. सामांय में, दोनों LIBs और SIBs इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के प्रभारी और निर्वहन प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉनों और आयनों के परिवहन द्वारा ट्रिगर विकसित करने के साथ काम करते हैं, विशिष्ट तत्व (ओं) के ऑक्सीकरण और कमी (redox) प्रतिक्रियाओं के लिए अग्रणी । कई प्रदर्शन मानकों के लिए अड़चन के रूप में, बैटरी कैथोड अनुसंधान और विकास में ज्यादा ध्यान दिया गया है4,5। एक व्यावहारिक बैटरी कैथोड सामग्री अक्सर एक 3d संक्रमण आयन प्रसार के लिए विशेष संरचनात्मक चैनलों के साथ धातु (TM) ऑक्साइड है । पारंपरिक रूप से, redox प्रतिक्रिया TM तत्वों तक ही सीमित है; हालांकि, हाल के परिणामों से संकेत मिलता है कि ऑक्सीजन संभवतः प्रतिवर्ती विद्युत साइकिल चालन में उपयोग किया जा सकता है6। redox तंत्र एक विद्युत आपरेशन को समझने के लिए जानकारी के सबसे महत्वपूर्ण टुकड़ों में से एक है, और मौलिक संवेदनशीलता के साथ बैटरी इलेक्ट्रोड के रासायनिक राज्यों की एक सीधी जांच इस प्रकार अत्यधिक वांछनीय है ।

सिंक्रोट्रॉन आधारित, नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी एक उन्नत तकनीक है कि बैटरी सामग्री7में फर्मी स्तर के आसपास के क्षेत्र में व्यापकता इलेक्ट्रॉन राज्यों का पता लगाता है. एक विशिष्ट तत्व और कक्षीय के इलेक्ट्रॉनों के लिए नरम एक्स-रे फोटॉनों की उच्च संवेदनशीलता की वजह से, नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी बैटरी में एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन राज्यों की प्रत्यक्ष जांच के रूप में उपयोग किया जा सकता है इलेक्ट्रोड8, या इंटरफ़ेस में बैटरियों में 9. इसके अलावा, हार्ड एक्स-रे के साथ तुलना में, सॉफ्ट एक्स-रे कम-जेड तत्वों के ऊर्जा और कवर उत्तेजकों में कम होते हैं, उदा, सी, एन, ओ, और 2p-से-3d उत्तेजना 3d में10।

शीतल एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी के उत्तेजित पहले एक विशेष कोर राज्य से इलेक्ट्रॉन संक्रमण नरम एक्स-रे फोटॉनों से ऊर्जा को अवशोषित द्वारा एक खाली राज्य को शामिल । इस तरह के नरम एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की तीव्रता इस प्रकार उत्तेजित कोर-छेद के अस्तित्व के साथ राज्य के (डॉस) खाली (आचरण-बैंड) राज्यों के घनत्व से मेल खाती है । एक्स-रे अवशोषण गुणांक क्षय प्रक्रिया के दौरान उत्सर्जित फोटॉनों या इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या का पता लगाने के द्वारा मापा जा सकता है । कुल इलेक्ट्रॉन उपज (TEY) उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या मायने रखता है, और इस प्रकार एक फोटॉन-इन-इलेक्ट्रॉन-आउट (पीईओ) का पता लगाने मोड है । TEY कई nanometers के एक उथले जांच गहराई है, और इसलिए अपेक्षाकृत संवेदनशील सतह है, इलेक्ट्रॉनों के उथले भागने की गहराई के कारण । हालांकि, एक फोटॉन-इन-फोटॉन-आउट (PIPO) डिटेक्शन मोड के रूप में, कुल प्रतिदीप्ति yield (TFY) फोटॉनों प्रक्रिया में उत्सर्जित sXAS की कुल संख्या के उपाय । इसकी जांच गहराई nanometers के सैकड़ों के बारे में है, जो TEY की तुलना में गहरा है । जांच गहराई में अंतर के कारण, TEY और TFY के बीच विपरीत सामग्री की सतह और थोक के बीच एक तुलना के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकता है ।

sXES एक PIPO तकनीक है, निकला राज्य के क्षय के लिए इसी कोर छेद को भरने के लिए, विशिष्ट ऊर्जा पर एक्स-रे फोटॉनों के उत्सर्जन के लिए अग्रणी । यदि कोर इलेक्ट्रॉन दूर sXAS दहलीज से सातत्य इलेक्ट्रॉन राज्य के लिए उत्साहित है, यह एक गैर गुंजयमान एक्स-रे प्रतिदीप्ति कब्जा (व्याप्ति-बैंड के क्षय) के लिए इसी प्रक्रिया है कोर छेद करने के लिए इलेक्ट्रॉनों, यानी, sXES को दर्शाता है डॉस व्यापकता-बैंड राज्यों । अंयथा, यदि कोर इलेक्ट्रॉन resonantly वास्तव में अवशोषण सीमा को उत्साहित है, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जन स्पेक्ट्रा मजबूत उत्तेजना ऊर्जा निर्भरता सुविधा । इस मामले के लिए, स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों गुंजयमान के रूप में चिह्नित है लोचदार एक्स-रे कैटरिंग (RIXS).

क्योंकि sXAS और sXES से मेल खाती है (संचालन-बैंड) और कब्जा (व्याप्ति-बैंड) इलेक्ट्रॉन राज्यों, क्रमशः, वे इलेक्ट्रॉन कमी और बैटरी में ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में शामिल राज्यों पर पूरक जानकारी प्रदान विद्युत ऑपरेशन11पर इलेक्ट्रोड । कम Z तत्वों के लिए, विशेष रूप से सी12,13, एन14, और ओ15,16,17, sXAS व्यापक रूप से महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन दोनों इलेक्ट्रॉन के लिए इसी राज्यों के अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया गया है 12,13 व रासायनिक रचनाएं15,16,17को स्थानांतरण । 3d sXAS के लिए, tm L-किनारों के लिए सफलतापूर्वक V18, Mn19,20,21,22के tm redox प्रतिक्रियाओं का एक प्रभावी जांच हो प्रदर्शन किया गया है, 23, फे23,24,25,26, सह20,27, और नी20,28. क्योंकि tm-L sXAS सुविधाएं अच्छी तरह से परिभाषित multiplet प्रभाव है, जो अलग टीएम ऑक्सीकरण के लिए संवेदनशील है18,19,20,21,22 ,24,25,26,27,28 और स्पिन राज्यों14,29, TM sXAS डेटा भी मात्रात्मक सक्षम कर सकता है LIB और एसआईबी में TM redox जोड़ों के विश्लेषण27इलेक्ट्रोड ।

बैटरी सामग्री के अध्ययन के लिए sXAS के लोकप्रिय रोजगार के साथ तुलना में, RIXS कम अक्सर बैटरी प्रदर्शन10से संबंधित सार्थक जानकारी प्राप्त करने के लिए दोनों प्रयोगों और डेटा व्याख्या की जटिलता के कारण उपयोग किया जाता है । हालांकि, RIXS के अत्यंत उच्च रासायनिक राज्य selectivity के कारण, RIXS संभावित अंतर्निहित मौलिक संवेदनशीलता के साथ बैटरी सामग्री में रासायनिक राज्य के विकास की एक बहुत अधिक संवेदनशील जांच है । Jeyachandran एट अलद्वारा हाल ही में sXES और RIXS रिपोर्ट, solvation30,31से परे आयन-sXAS प्रणालियों में विशिष्ट रासायनिक विन्यास के लिए RIXS के उच्च संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया है. उच्च दक्षता RIXS प्रणालियों के३२,३३,३४के हाल ही में तेजी से विकास के साथ, RIXS जल्दी से एक मौलिक भौतिकी उपकरण से बैटरी अनुसंधान के लिए एक शक्तिशाली तकनीक के लिए स्थानांतरित कर दिया है, और कभी-कभार हो जाता है उपकरण-के-दोनों कटियन और बैटरी यौगिकों में आयनों विकास के विशिष्ट अध्ययन के लिए पसंद है ।

इस काम में, sXAS, sXES, और RIXS प्रयोगों के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल पेश कर रहे हैं । हम प्रयोगात्मक योजना, प्रयोगों बाहर ले जाने के लिए तकनीकी प्रक्रियाओं का ब्यौरा कवर, और अधिक महत्वपूर्ण बात, विभिन्न स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों के लिए डेटा प्रोसेसिंग. इसके अलावा, बैटरी सामग्री के अध्ययन में तीन प्रतिनिधि परिणाम इन तीन नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों के अनुप्रयोगों को प्रदर्शित करने के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं । हम ध्यान दें कि इन प्रयोगों के तकनीकी विवरण अलग अंत में अलग हो सकता है स्टेशनों और/ इसके अतिरिक्त, पूर्व सीटू और इन-सीटू प्रयोगों पर बहुत अलग सेटअप प्रक्रियाओं नमूना हैंडलिंग पर नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी३५के लिए अल्ट्रा उच्च वैक्यूम की कड़े आवश्यकताओं के कारण है. लेकिन यहाँ प्रोटोकॉल ठेठ प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है और विभिन्न सुविधाओं पर विभिंन प्रायोगिक प्रणालियों में नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों के लिए एक आम संदर्भ के रूप में सेवा कर सकता है ।

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Protocol

1. प्रायोगिक नियोजन

नोट: जबकि sXES प्रयोगशाला आधारित उपकरणों के साथ प्रदर्शन किया जा सकता है, sXAS और RIXS सिंक्रोट्रॉन आधारित प्रयोग कर रहे हैं, जो एक beamtime सुविधा के सिंक्रोट्रॉन के लिए उपयोग की आवश्यकता है. beamtime और चल रहे प्रयोगों के लिए आवेदन करने के लिए प्रक्रिया अलग सुविधाओं में अलग हो सकता है, लेकिन वे सभी एक समान बुनियादी प्रक्रिया का पालन करें ।

  1. beamline निर्देशिका के लिए सुविधा वेबसाइट की जांच करें (उदा, https://als.lbl.gov/beamlines/), या वैज्ञानिक आवश्यकता के लिए उचित beamline निर्धारित करने के इच्छुक beamline (ओं) के प्रभारी वैज्ञानिकों से संपर्क करें ।
  2. https://als.lbl.gov/users/user-guide/पर ऑनलाइन सबमिशन सिस्टम के माध्यम से एडवांस्ड लाइट सोर्स (ALS) की सुविधा और beamline (एस) को beamtime प्रस् ताव प्रस् तुत करें ।
    नोट: सिंक्रोट्रॉन सुविधा की नीति के आधार पर beamtime प्रस्ताव की समीक्षा की जाएगी और सफल प्रस्तावों के लेखकों को प्रायोगिक निर्धारण के लिए सुविधा द्वारा अधिसूचित किया जाएगा.
  3. सुरक्षा नियंत्रण के लिए, सुविधा की आवश्यकताओं के अनुसार किसी भी आवश्यक सुरक्षा प्रशिक्षण को पूरा करें । रसायनों, नमूनों, और प्रयोगों द्वारा आवश्यक विशेष उपकरणों की रिपोर्ट, और सुरक्षा की गारंटी के लिए निरीक्षण मिलता है ।
  4. beamtime के आगे की सुविधा पर पहुंचने के लिए प्रयोगात्मक सेटअप और नमूना लोड हो रहा है, विशेष रूप से नए उपयोगकर्ताओं के रूप में एक सुविधा/beamline पर बुनियादी विचारों को मिलता है ।

2. नमूना तैयारी

  1. LIB और एसआईबी सामग्री के नमूनों को संश्लेषित, और electrochemically चक्र के विभिंन राज्य के प्रभारी (समाज) ।
  2. हवाई-संवेदी नमूनों के लिए निम्न चरणों का पालन करें:
    1. हवा जोखिम के बिना हवा के प्रति संवेदनशील नमूने संभाल, यानी नमूना कंटेनरों खोलें, और एक निष्क्रिय गैस वातावरण के तहत प्रयोगात्मक प्रणाली फिटिंग आकार में कैंची और चिमटी के साथ नमूनों में कटौती ।
    2. एक निष्क्रिय गैस वातावरण के तहत डबल पक्षीय प्रवाहकीय टेप का उपयोग करके नमूना धारकों पर एक उचित आकार के साथ नमूनों माउंट ।
      नोट: यदि कार्बन या ऑक्सीजन किनारों को मापा जा रहे हैं, इस तरह के पाउडर के नमूने पर चिपके के लिए इंडियम के रूप में नरम धातुओं का उपयोग करें, पृष्ठभूमि सी और ओ संकेतों से बचने के लिए प्रवाहकीय टेप में कार्बनिक यौगिकों ।
  3. गैर-संवेदी नमूनों के लिए निम्न चरणों का पालन करें:
    1. प्रयोगात्मक प्रणालियों के लिए विशिष्ट नमूना धारक मैच के लिए नमूनों में कटौती.
    2. नमूना धारकों पर उचित आकार के साथ नमूने डबल पक्षीय प्रवाहकीय टेप का उपयोग करके माउंट । बिजली के नमूनों की कार्बन और ऑक्सीजन संकेतों का संग्रह अगर इंडियम पंनी का उपयोग करें ।
  4. इन-सीटू नमूनों के लिए, विशेष रूप से नरम एक्स-रे झिल्ली को लागू करने वाले विशिष्ट कोशिकाओं के साथ -सीटू नमूने तैयार करें । प्रायोगिक प्रणाली में लोड करने से पहले बिजली के कनेक्शन और सेल अखंडता की जांच करें ।
    नोट: इन-सीटू कक्षों के बारे में विवरण इस कार्य के दायरे से बाहर हैं, लेकिन पिछले प्रकाशनों में३५,३६,३७पाया जा सकता है ।

3. लोडिंग और पोजिशनिंग नमूने

नोट: नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों के लिए अल्ट्रा उच्च वैक्यूम की आवश्यकता के कारण, नमूना लोडिंग आमतौर पर मुख्य प्रयोगात्मक चैंबर में प्रवेश करने से पहले एक बफर वैक्यूम चैंबर के माध्यम से जाने के लिए कई कदम उठाता है ।

  1. बंद करो वैक्यूम पंप्स, नमूना loadlock और मुख्य प्रयोगात्मक चैंबर के बीच करीब वैक्यूम वाल्व, और वेंट नमूना loadlock, जो आम तौर पर एन2 गैस के साथ प्रयोगात्मक प्रणाली के लिए सीधे जुड़ा हुआ है ।
  2. नमूना धारक को हड़पने के लिए घर का बना नमूना धरनेवाला या एक बड़ा नोचना का प्रयोग करें और यह loadlock में लोड ।
  3. loadlock पंपिंग सुरु करा. जब तक रुको वैक्यूम दबाव गेज मुख्य प्रयोगात्मक कक्ष में loadlock खोलने के लिए कम पर्याप्त निर्वात दिखाता है, आमतौर पर मध्य 10 के आसपास-7 Torr.
  4. loadlock और मुख्य चैंबर के बीच वाल्व खोलो । स्थानांतरण बांह का उपयोग करके मुख्य चैंबर के मुख्य जोड़तोड़ पर नमूना धारक हस्तांतरण ।
  5. मुख्य प्रायोगिक चैंबर और beamline के बीच वाल्व खोलो । दृश्य प्रकाश प्रतिदीप्ति के साथ एक संदर्भ नमूने को देखकर बीम स्पॉट का निर्धारण ।
  6. प्रयोगात्मक endstation का नमूना जोड़तोड़ के निर्देशांक बदलकर बीम स्थान के लिए नमूना स्थिति.

4. एक्स-रे ऊर्जा और संकल्प को सेट करें

  1. beamline monochromator के slits के मूल्यों को बदलने के लिए, कंप्यूटर प्रोग्राम या एक मैनुअल समायोजन घुंडी के माध्यम से, घटना एक्स-रे बीम के ऊर्जा संकल्प को नियंत्रित करने के लिए ।
  2. इच्छुक तत्व (ओं) के अवशोषण के किनारे तक पहुंचने के लिए वांछित मूल्य के लिए घटना बीम ऊर्जा सेट, उदा, सी के लिए २९० ev-k, ५३० O-k किनारों के लिए ev३८।
  3. एक्स-रे बीम फ्लक्स (I-0) मॉनिटर, जो आम तौर पर बीम मार्ग में एक साफ सोने का जाल है की सिग्नल केबल कनेक्ट करें ।
  4. beamline monochromator तंत्र को ठीक करें और लहरदार अंतर पर बीम प्रवाह तीव्रता इकट्ठा । अधिकतम संभव बीम प्रवाह के लिए एक विशेष लहरदार अंतर मूल्य निर्धारित करें ।
    नोट: क्योंकि sXAS अलग किनारों के लिए एक बड़ी ऊर्जा रेंज की आवश्यकता है, unलहरदारer गैप के एक अनुकूलन अधिकतम संभव बीम प्रवाह प्राप्त करने के लिए अक्सर आवश्यक है ।

5. लीजिए sXAS डेटा

नोट: कुल यील्ड sXAS डेटा नमूना वर्तमान (TEY) और channeltron या photodiode (TFY) दोनों से संकेतों की तीव्रता रिकॉर्डिंग द्वारा एकत्र कर रहे हैं । आंशिक उपज संकेतों आमतौर पर एक gated channeltron और ठोस राज्य डिटेक्टर के माध्यम से एकत्र कर रहे हैं । क्योंकि RIXS प्रणाली यहां पेश किया है, और RIXS आंशिक प्रतिदीप्ति उपज (PFY) संकेतों के सभी प्रकार शामिल हैं, PFY और व्युत्क्रम-PFY (iPFY) सहित, केवल TEY और TFY डेटा संग्रह के लिए विशिष्ट प्रोटोकॉल इस सत्र में वर्णित है ।

  1. नमूना वर्तमान एम्पलीफायर करने के लिए कनेक्ट करें, और नमूना वर्तमान संकेत (TEY) कंप्यूटर काउंटर करने के लिए फ़ीड ।
  2. channeltron या photodiode की बिजली की आपूर्ति और नियंत्रकों को चालू करें, कंप्यूटर काउंटर के लिए TFY संकेत फ़ीड ।
  3. सॉफ्टवेयर इंटरफेस (चित्रा 2) पर पहुंचने के लिए LabVIEW sXAS डेटा अधिग्रहण grogram बीएल नियंत्रण मुख्य शुरू, और फिर मेनू बटन स्कैनिंग पर क्लिक करें | सिंगल मोटर स्कैन (चित्रा 2) ।
  4. क्लिक करें मेनू बटन स्कैन सेटअप (चित्रा 3) के लिए घटना (beamline) एक्स-रे फोटॉनों की स्कैन रेंज रुचि sXAS एज मैच के लिए सेटअप करने के लिए, उदा, 280-300 सी-कश्मीर बढ़त के लिए eV ।
  5. (i) TEY (ii) TFY से तीव्रता संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए बटन प्रारंभ स्कैन (आरेख 3) क्लिक करें, और (iii) i-0 चैनल एक साथ इस घटना को स्कैन करते समय एक्स-रे फोटॉन ऊर्जा ।
    नोट: आमतौर पर घटना एक्स-रे फोटॉन ऊर्जा पर कई eV के एक छोटे से बदलाव होगा । अंशांकन के लिए, बैटरी सामग्री नमूनों को एकत्रित करने से पहले एक या अधिक विशिष्ट संदर्भ नमूनों की sXAS डेटा एकत्र करें ।

6. लीजिए sXES और RIXS डेटा

नोट: क्योंकि sXES तकनीकी रूप से एक गैर में RIXS कटौती-गुंजयमान (उच्च) ऊर्जा सीमा है, डेटा संग्रह उपकरण और प्रक्रिया मूलतः एक ही हैं ।

  1. लीजिए sXAS पहले उत्तेजना ऊर्जा रेंज को परिभाषित करने के लिए और ऊर्जा मूल्यों जांचना (प्रोटोकॉल चरण 5 को देखें) ।
  2. sXES/RiXS प्रणाली के स्पेक्ट्रोमीटर डिटेक्टर की बिजली की आपूर्ति पर बारी है, और निर्माता की सिफारिशों के अनुसार, पृष्ठभूमि शोर को कम करने के लिए नरम एक्स-रे डिटेक्टर नीचे शांत ।
  3. सॉफ्टवेयर इंटरफेस (चित्रा 4) पर पहुंचने के लिए LabVIEW sXES/RiXS डाटा अधिग्रहण grogram बीएल नियंत्रण मुख्य प्रारंभ करें ।
  4. spectrograph के ऑप्टिकल पैरामीटर सेट करने के लिए मेनू बटन मोटर्स (चित्रा 4) पर क्लिक करें ताकि डिटेक्टर रुचि तत्वों और किनारों (चित्रा 5) की ऊर्जा रेंज को शामिल किया गया.
  5. मेनू बटन पर क्लिक करें स्कैनिंग (चित्रा 4) । सीसीडी साधन स्कैन (चित्रा 6) ।
  6. इस घटना (beamline) एक्स-रे फोटॉन ऊर्जा की स्कैन रेंज सेटअप करने के लिए मेनू बटन स्कैन सेटअप (चित्रा 6) क्लिक करें । sXES एकत्रित कर रहा है, तो sXAS अवशोषण एज के ऊपर 20-30 eV के बारे में है कि एक ही मान के लिए सेट; और, अगर RiXS का संग्रह, घटना एक्स-रे (beamline) एक सीमा है कि sXAS अवशोषण एज कवर करने के लिए ऊर्जा सेट ।
  7. चिह्न का चयन करें लौकिक रे फिल्टर लागू (चित्रा 6) कच्चे RIXS 2d छवियों से लौकिक रे संकेतों को दूर करने के लिए, एक बार वे spectrograph डिटेक्टर से एकत्र कर रहे हैं ।
  8. बटन पर क्लिक करें शुरू स्कैन (चित्रा 6) प्रतिदीप्ति संकेतों को इकट्ठा करने के लिए, जो diffracted और ऊर्जा-ऑप्टिकल कद्दूकस करके हल किया गया था, प्रत्येक उत्तेजना ऊर्जा के लिए spectrograph पर डिटेक्टर द्वारा एक 2d छवि के रूप में.

7. sXAS डेटा प्रक्रिया

नोट: sXAS सहित प्रयोगात्मक डेटा, साथ ही sXES और RiXS, इगोर प्रो कार्यक्रम में संसाधित है.

  1. sXAS TEY और TFY संकेतों को सामान्य रूप से एक साथ एकत्र कर रहे हैं ।
  2. मानक के साथ संदर्भ नमूनों की एकत्र sXAS के बीच ऊर्जा त्रुटि की गणना; गणना ऊर्जा त्रुटि के अनुसार ऊर्जा को स्थानांतरित करके sXAS संकेतों जांचना ।

8. sXES और RIXS डेटा प्रक्रिया

  1. कोण के साथ फोटॉन गिनती संक्षेप द्वारा कच्चे 2d छवि की तीव्रता को एकीकृत उत्सर्जन-ऊर्जा चैनल एक एकल sXES या RIXS स्पेक्ट्रम उत्पंन करने के लिए ।
  2. एकीकृत 1 डी RIXS स्पेक्ट्रम के लिए दोनों घटना बीम प्रवाह डेटा संग्रह के दौरान वास्तविक समय में नजर रखी, और संग्रह समय (सेकंड में) को सामान्य ।
  3. रंग-स्केल्ड प्रारूप में सामान्यीकृत 1 डी स्पेक्ट्रम प्लाट ।
  4. RiXS डेटा के लिए, 1 d RiXS स्पेक्ट्रा की एक श्रृंखला को उत्सर्जन-ऊर्जा चैनलों पर प्राप्त करने के लिए प्रत्येक उत्तेजना ऊर्जा के लिए 8.1-8.3 चरण दोहराएँ; फिर, ढेर सभी रंग-1 डी RIXS स्पेक्ट्रा एक-एक करके एक 2d छवि नक्शे में, उत्तेजना ऊर्जा के साथ एक धुरी के साथ, एक अंय धुरी उत्सर्जन ऊर्जा चैनल दिखा ।
  5. sXAS अंशांकन का उपयोग करके sXES स्पेक्ट्रम या RIXS मैप्स के उत्तेजना ऊर्जा के मूल्यों की जांच करें, आमतौर पर संदर्भ नमूनों के माध्यम से (प्रोटोकॉल चरण ७.२ को देखें) ।
  6. RIXS मानचित्र पर लोचदार सुविधाओं के साथ पॉइंट्स (x = चैनल संख्या, y = ऊर्जा मान) के सेट का चयन करें, जहां उत्तेजना और उत्सर्जन शक्तियां समान हैं; चैनल प्रति औपचारिक ऊर्जा मूल्य प्राप्त करने के लिए अंक के सेट के साथ रैखिक वक्र फिटिंग आचरण; रिलेशन के अनुसार, चैनल से एनर्जी के लिए x अक्ष को फिर से स्केल करें ।

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Representative Results

नमूना धारक और चिपकाए गए नमूने चित्र 1में दिखाए जाते हैं । चित्रा 7a एक ठेठ RIXS रुचि किनारों के लिए सेट स्पेक्ट्रोमीटर के साथ एक विशेष उत्तेजना ऊर्जा पर एकत्र छवि है । यहां दिखाया छवि एक बैटरी इलेक्ट्रोड सामग्री पर एकत्र किया गया था, लिनि०.३३co०.३३Mn०.३३हे2, के एक उत्तेजना ऊर्जा के साथ ८५८ ev और डिटेक्टर के बारे में 500-900 ev सीमा पर स्थापित करने के लिए ओ के ऊर्जा रेंज कवर-K, Mn-l, Co-l, और नी-एल, चित्रा 7एमें संकेत के रूप में । 1 डी स्पेक्ट्रम पर प्रत्येक चोटी 2 डी मानचित्र, जो सामग्री में एक विशिष्ट तत्व के कब्जे वाले राज्य का प्रतिनिधित्व करता है पर एक सुविधा के साथ मेल खाती है । नए कमीशन iRIXS endstation३४के अल्ट्रा उच्च दक्षता के साथ, इन सभी किनारों को कवर sXES एक पूरी रेंज सभ्य सांख्यिकीय परिणामों के साथ 10 एस में एकत्र किया जा सकता है (चित्रा 7बी). यह एक उच्च प्रवाह प्रयोग बैटरी सामग्री के रासायनिक विश्लेषण के लिए सक्षम बनाता है ।

चित्रा 8 लिनि०.३३सह०.३३Mn०.३३ओ2के एक नी एल बढ़त RIXS नक्शा पैदा करने के लिए तकनीकी प्रक्रिया का एक उदाहरण प्रदर्शित करता है । इस उदाहरण के लिए प्रक्रिया को दिखाता है कैसे raw RIXS छवि को एक कट अंतिम RIXS मैप में संसाधित करने के लिए, और कैसे इस कार्य में वर्णित प्रोटोकॉल लागू किया गया है । इस नए उच्च दक्षता iRIXS प्रणाली का उपयोग करके, एक यथोचित कम समय में ठीक उत्तेजना ऊर्जा कदम के साथ TM एल-किनारों के RIXS नक्शे का संग्रह संभव हो गया है । इसके अतिरिक्त, spectrograph की बड़ी ऊर्जा खिड़की संभव एक व्यापक ऊर्जा रेंज RIXS मानचित्रण विभिंन तत्वों से कई उत्सर्जन सुविधाओं को शामिल करने के लिए बनाता है । दो प्रकार के अवशोषण स्पेक्ट्रा ऐसे RIXS नक्शे के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है: आंशिक प्रतिदीप्ति उपज (PFY) और व्युत्क्रम आंशिक प्रतिदीप्ति यील्ड (iPFY)३९। ध्यान दें कि iPFY आंतरिक अवशोषण गुणांक३९करने के लिए सीधे संगत संकेतों के साथ एक बल्क PIPO जांच है । इस तरह की जानकारी उच्च ऊर्जा संकल्प के साथ RIXS मानचित्रण के एक द्वारा उत्पाद है । लिनि के नी RIXS परिणाम का विस्तृत विश्लेषण०.३३Co०.३३Mn०.३३हे2 से पता चलता है कि नी-L RIXS विशेषताएं 3d राज्यों के बीच के उत्तेजित होने का प्रभुत्व है, तथाकथित "डी डी उत्तेजित" । RIXS नक्शे विस्तृत रासायनिक राज्य विश्लेषण के लिए एकत्र किए गए थे, जबकि PFY, iPFY, और पारंपरिक TEY और TFY संकेतों को एक साथ एकत्र किया गया था३४।

चित्रा 9 LIBs और SIBs10,27के लिए विभिन्न बैटरी कैथोड में ए. एम., Fe, और एनआई के sXAS के आधार पर TM redox राज्यों के मात्रात्मक विश्लेषण के तीन चुनिंदा उदाहरण से पता चलता है. आंकड़े 9a-बी के मात्रात्मक विश्लेषण दिखाएं Mn L-एज शीतल XAS की एक श्रृंखला पर न०.४४MnO2 इलेक्ट्रोड अलग SOCs21के लिए साइकिल । ठोस लाइनें प्रयोगात्मक स्पेक्ट्रा हैं, और बिंदीदार रेखाएं नकली हैं । सिमुलेशन रेखीय2 +, mn3 +, और mn4 +22,४०के तीन संदर्भ स्पेक्ट्रा के संयोजन द्वारा किया गया था, mn राज्यों की एकाग्रता प्रतिशत के दो चर के साथ अर्थात्, कुल एकाग्रता १००% के बराबर होती है । मापा sXAS स्पेक्ट्रा में सभी उच्च संकल्प सुविधाओं इस रैखिक संयोजन सिमुलेशन द्वारा reproduced थे, और इस प्रकार विभिन्न SOCs पर सतह Mn व्यापकता वितरण मात्रात्मक निर्धारित किया जा सकता है. वैज्ञानिक चर्चा और फिट परिणामों के मात्रात्मक मूल्यों पर विवरण चित्रा 3बी डी में 21में प्रस्तुत कर रहे हैं । आंकड़े 9c-डी अलग SOCs पर लीएक्सFePO4 इलेक्ट्रोड पर एकत्र sXAS डेटा का एक और सही मात्रात्मक संयोजन प्रदर्शित करता है । दो अंत राज्यों के sXAS स्पेक्ट्रा, यानी, चर: (x) LiFePO4 और (1-x) FePO4, प्रयोगात्मक और संभव स्पेक्ट्रा (ठोस लाइनों) की मात्रात्मक फिटिंग के लिए मानक के रूप में इस्तेमाल किया गया. मध्यवर्ती SOCs ठीक फिटिंग परिणाम (डी)24में सीधे चिह्नित के साथ, प्राप्त किया गया । आंकड़े 9e-च सैद्धांतिक रूप से गणना नी2 +, नी3 +, और ni4 + TFY स्पेक्ट्रा TFY मोड में प्रयोगात्मक लोगों के साथ की तुलना दिखाने के लिनि०.५Mn१.५O4 कैथोड सामग्री28।

की गणना स्पेक्ट्रा (बिंदीदार स्पेक्ट्रा) के एनआई2 +, नी3 +, और एनआई4 +के एक रैखिक संयोजन के द्वारा, नी एलबढ़त sXAS अलग SOCs की एक श्रृंखला पर मापा पूरी तरह से फिट हो सकता है (एक के साथ एकाग्रता प्रतिशत पर 3 चर १०० की राशि%)27. सैद्धांतिक multiplet गणना प्रयोगात्मक परिणाम के अनुरूप है और एनआई3 + राज्य से उत्पन्न होने वाली विशिष्ट सुविधा साबित होता है, अनुक्रमिक redox प्रतिक्रियाओं का सुझाव (ni2 +→ ni3 +→ ni4 +) द्वारा निर्धारित एकल इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण तंत्र । क्योंकि नी3 + XAS के प्रयोगात्मक संदर्भ डेटा की कमी के, सैद्धांतिक गणना यहां एक अर्ध मात्रात्मक फिटिंग के लिए उपयोग किया जाता है । बहरहाल, वैज्ञानिक यहां ध्यान केंद्रित करने के लिए प्रयोग किया गया एकल आरोप हस्तांतरण लीएक्सni०.५Mn१.५O4 इलेक्ट्रोड में redox प्रतिक्रिया तंत्र, और नी3 + पीक इस प्रकार के काम पता चलता है अस्पष्ट सबूत28प्रदान करता है ।

सामांय में, इन प्रदर्शनों नरम एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी की संवेदनशीलता दिखाया अलग ऑक्सीकरण (redox) निहित तात्विक संवेदनशीलता के साथ एसआईबी और उदारीकरण सामग्री में राज्यों । नरम X-ray स्पेक्ट्रोस्कोपी के आधार पर विश्लेषण विभिंन प्रकार के चरण रूपांतरों और SOCs के लिए किया जा सकता है, जिसमें सतह और बल्क संवेदनशीलता दोनों के साथ, और इन-सीटू/operando और पूर्व-सीटू की स्थितियां हैं । हम यह भी ध्यान दें कि, हालांकि उदाहरण इस तकनीकी रिपोर्ट में नहीं दिखाए जाते हैं, sXAS और कम-Z तत्वों के RIXS परिणाम, उदा, C, N, O, भी बैटरी यौगिकों में महत्वपूर्ण रासायनिक राज्यों पर महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं, के रूप में कई पिछले में प्रदर्शित प्रकाशन 12,13,14,30,31.

Figure 1
चित्र 1 : नमूना धारक और चिपकाए गए नमूने. नमूना धारक ०.५ इंच और १.० इंच का व्यास की ऊंचाई के साथ एक तांबे का सिलेंडर है । नमूने आमतौर पर आकार में कई मिमी हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 : sXAS उपकरण नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण के लिए मुख्य इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: sXAS डेटा अधिग्रहण के लिए उप इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: sXES/RiXS उपकरण नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण के लिए मुख्य इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: sXES/RiXS उपकरण नियंत्रण के लिए उप इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: sXES/RiXS डाटा अधिग्रहण के लिए उप इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 : अल्ट्रा-उच्च दक्षता sXES स्पेक्ट्रम ओ-K, Mn-l, सह-l के और नी-एल किनारों के LIB इलेक्ट्रोड सामग्री लिनि०.३३co०.३३Mn०.३३हे2. (क) यह एक ठेठ 2d छवि एक ८५८ eV उत्तेजना (beamline) ऊर्जा के साथ एक RIXS स्पेक्ट्रोमीटर के माध्यम से एकत्र दिखाता है । (ख) यह लिनि०.३३Co०.३३Mn०.३३ओ2 इलेक्ट्रोड सामग्री में शामिल सभी किनारों के sXES स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है । यहां दिखाया गया स्पेक्ट्रम 10 एस में एक साथ एकत्र सभी किनारों के साथ ९०० eV उत्तेजना ऊर्जा के साथ लिया गया था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8 : योजनाबद्ध और RIXS मानचित्र के प्रदर्शन @!! लिनि ०.३३Co०.३३Mn०.३३ओ2 इलेक्ट्रोड सामग्री के नी-RIXS के पिंग । (क) रॉ RIXS छवि एक विशेष उत्तेजना ऊर्जा पर एकत्र डेटा । (ख) कोण समायोजन और तीव्रता एकीकरण के बाद एक विशेष उत्तेजना ऊर्जा के साथ एकीकृत RIXS स्पेक्ट्रम । (ग) वर्णक्रमीय तीव्रता रंग पैमाने में में RIXS नक्शे के लिए कटौती में से एक के रूप में साजिश रची है (d)। (ङ) सभी डेटा संसाधन चरणों के बाद नी L-किनारे का एक विशिष्ट RIXS मैप दिखाता है । वैज्ञानिक विश्लेषण आम तौर पर इस तरह के एक नक्शे के विशेष उत्सर्जन ऊर्जा रेंज पर ज़ूम द्वारा किया जाता है । इस कार्य में आरंभ किए गए प्रोटोकॉल क्रमांक चित्र में चिह्नित किए गए हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्रा 9: sXAS के आधार पर बैटरी इलेक्ट्रोड में TM redox जोड़ों के मात्रात्मक विश्लेषण के प्रदर्शनों. सभी पैनलों में, ठोस लाइनों प्रयोगात्मक डेटा रहे हैं, और बिंदीदार स्पेक्ट्रा सिमुलेशन परिणाम हैं । (क) ना०.४४MnO2 इलेक्ट्रोड अलग विद्युत राज्यों के लिए साइकिल, और (ख) Mn L-एज sXAS के मात्रात्मक विश्लेषण । (ग) लीएक्सFePO4 इलेक्ट्रोड अलग SOCs के लिए साइकिल, और (घ) sXAS डेटा की मात्रात्मक फिटिंग. (ङ) लिनि०.५Mn१.५O4 इलेक्ट्रोड पहले विद्युत चक्र के भीतर, और (f) नी-L sXAS की मात्रात्मक फिटिंग प्रयोगात्मक डेटा और परिकलित ni2 + के बीच तुलना के माध्यम से + , नी3 + व नी4 + स्पेक्ट्रा. यह आंकड़ा लिन, एफ एट अल से संशोधित किया गया है । क्यों LiFePO4 एक सुरक्षित बैटरी इलेक्ट्रोड है: lithiation पर Coulomb प्रतिकारक प्रेरित इलेक्ट्रॉन-राज्य फेरबदल । 11 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

ऊर्जा भंडारण सामग्री के प्रदर्शन में सुधार की दुर्जेय चुनौती विद्युत आपरेशन पर बैटरी यौगिकों में रासायनिक विकास सीधे जांच करने के लिए तीक्ष्ण उपकरण के अग्रिम की आवश्यकता है । नरम एक्स-रे कोर-स्तर स्पेक्ट्रोस्कोपी, जैसे sXAS, sXES, और RIXS, दोनों ॠणायन और cations LIBs और SIBs में शामिल की महत्वपूर्ण व्याप्ति राज्यों का पता लगाने के लिए एक उपकरण की पसंद है ।

कोर स्तर स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों द्विध्रुवीय चयन नियमों के बाद खाली राज्यों के लिए कोर इलेक्ट्रॉनों के मजबूत उत्तेजना शामिल हैं । मुश्किल एक्स-रे के साथ तुलना में, नरम एक्स-रे की कम ऊर्जा द्विध्रुवीय-अनुमति दी 1s-2p उत्तेजित कम-Z आयनों तत्वों, जैसे सी, एन, और ओ K-किनारों के लिए, साथ ही 3d TM तत्वों के लिए 2p-3d उत्तेजितताओं के लिए सक्षम बनाता है । मजबूत द्विध्रुवीय-अनुमति दी उत्तेजक नरम एक्स-रे तकनीक सीधे ॠणायन में 2p राज्यों के प्रसार राज्यों की जांच के लिए अद्वितीय बनाने, और cations में 3 डी राज्यों, बैटरी सामग्री की ।

नरम एक्स रे स्पेक्ट्रोस्कोपी इंस्ट्रूमेंटेशन, sXAS, sXES और RIXS प्रयोगों में हाल की घटनाओं के साथ अभूतपूर्व दक्षता पर प्रदर्शन किया जा सकता है, दोनों का खुलासा-बैंड (sXAS) और प्रसार-बैंड (sXES) फर्मी स्तर के आसपास के राज्यों में । यह कार्य विशिष्ट sXAS, sXES, और RIXS प्रयोगों के लिए एक सामान्य प्रोटोकॉल प्रदान करता है. हम डेटा संग्रह और एक विशेष प्रायोगिक endstation के भी कई विशिष्ट विवरण शामिल किए बिना इन तकनीकों के विश्लेषण के आम प्रक्रियाओं को कवर किया ।

हम प्रदर्शित करते है कि, उच्च संवेदनशीलता के कारण बैटरी सामग्री में TM व्यापकता राज्यों के लिए, sXAS अलग विद्युत राज्यों में बैटरी इलेक्ट्रोड में एक के रासायनिक राज्य के एक मात्रात्मक विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । हम यह भी प्रदर्शन है कि राज्य के अत्याधुनिक उच्च effeciency sXES एक बहुत तेज गति में किया जा सकता है अब, पारंपरिक sXAS और XPS प्रयोगों है कि रासायनिक विश्लेषण के लिए लोकप्रिय है के साथ तुलना में । इसके अतिरिक्त, इच्छुक तत्वों की RIXS मानचित्रण विशिष्ट इलेक्ट्रॉन राज्य विंयास पर अधिक विस्तृत जानकारी प्रदान कर सकता है क्योंकि RIXS कम ऊर्जा उत्तेजितताओं के माध्यम से विभिंन राज्यों के बीच संबंध से पता चलता है । विशेष रूप से बैटरी सामग्री में रासायनिक राज्यों खुलासा करने के लिए, RIXS sXAS परे अंतर्निहित क्षय प्रक्रिया को उजागर करके अतिरिक्त संवेदनशीलता प्रदान करता है । क्योंकि उत्सर्जन ऊर्जा के अतिरिक्त आयाम, RIXS परिणामों में कम ऊर्जा उत्तेजित अक्सर विशिष्ट रासायनिक जानकारी है कि sXAS प्रयोगों में प्रकट नहीं होता के अनुरूप है31। यह कुछ उपंयास व्यापकता राज्य है कि मज़बूती से sXAS द्वारा जांच नहीं की जा सकती का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से बैटरी में हाल ही में प्रस्तावित anionic redox6।

जबकि sXAS बड़े पैमाने पर किया गया है उदारीकरण और एसआईबी सामग्री का अध्ययन करने के लिए कार्यरत है, और इन प्रस्तुत प्रदर्शनों से पता चला है कि उच्च गुणवत्ता sXAS परिणाम मात्रात्मक TM राज्यों के लिए विश्लेषण किया जा सकता है । हालांकि, sXES और RIXS ऊर्जा भंडारण सामग्री के क्षेत्र में केवल सीमित अनुप्रयोगों को देखा है । इस कार्य से पता चलता है कि इन PIPO प्रयोगों में निम्न आँकड़ों की बाधा को राज्य के अत्याधुनिक RIXS साधन३४के माध्यम से तोड़ा गया है. फिर भी, एक विश्वसनीय डेटा सेट की स्थापना sXES और RIXS विस्तृत डेटा विश्लेषण के लिए आवश्यक है । इस बीच, एक जटिल वास्तविक दुनिया प्रणाली में RIXS की सैद्धांतिक व्याख्या RIXS सुविधाओं की एक पूरी समझ के लिए चुनौती बनी हुई है । बहरहाल, पिछले दो दशकों के दोनों दक्षता और संकल्प में RIXS के तकनीकी विकास पर तेजी से प्रगति देखी है, और हम उंमीद है कि इस मौलिक भौतिकी उपकरण जल्द ही समझने के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियों से निपटने के लिए नियोजित किया जाएगा और ऊर्जा भंडारण सामग्री का अनुकूलन ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

उंनत प्रकाश स्रोत (ALS) लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला (LBNL) के निदेशक द्वारा समर्थित है, विज्ञान के कार्यालय, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान के कार्यालय, अमेरिका के ऊर्जा विभाग के अनुबंध के तहत नहीं । DE-AC02-05CH11231 । Q.L. धंयवाद चीन के आधार पर सहयोग के माध्यम से वित्तीय सहायता के लिए चीनी छात्रवृत्ति परिषद (सीएससी) १११ परियोजना सं । B13029 । R.Q. धंयवाद LBNL LDRD कार्यक्रम से समर्थन करते हैं । एस॰एस॰ और Z.Z. ALS डॉक्टरेट फैलोशिप से समर्थन का शुक्र है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Electrode active materials various Synthesized in-house or obtained from various suppliers.
Lithium foil Sigma-Aldrich 320080 Anode for half cells. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under Ar. (www.sigmaaldrich.com)
Sodium foil Sigma-Aldrich 282065 Anode for half cells. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under Ar. (www.sigmaaldrich.com)
Electrolyte solutions BASF Contact vendor for desired formulations http://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes
Synthetic flake graphite Timcal SFG-6 Conductive additive for electrodes. (www.timcal.com)
Indium foil Sigma-Aldrich 357308 Used if collecting Carbon and Oxygen signals of power samples
Argon gas Air Products Custom order, contact vendors Argon used to fill glovebox where to assemble and store air-sensitive samples. (http://www.airproducts.com/products/gases.aspx)
Eqiupment
CCD iKon-L DO936N Used to capture the emission photons when carrying out the sXES or RiXS experiment (http://www.andor.com/scientific-cameras/ikon-xl-and-ikon-large-ccd-series/ikon-l-936)
Inert atmosphere glovebox MBRAUN MB200B Used during air-sensitive samples assembly and storage. (http://www.mbraun.com/products/glovebox-workstations/mb200b-mod)
Battery Charge & Discharge Tester Bio-Logic VMP3 Used to electrochemical cycling of battery materials. (https://www.bio-logic.net/en/)
Swagelok cell MTI EQ-HSTC Used to contain the battery for electrochemical cycling
Sample holder manufactured in lab Used to hold the samples in the experiment
Hardware tools various Including tweezers, scissors (used to assemble samples), tongs (used to transfer sample holders), etc. 
Carbon and Copper tape 3M Custom order, contact vendors Used to paste the samples onto sample holders
Igor Pro WaveMetrics 7.06 Used to process the experiment data. (https://www.wavemetrics.com/index.html)

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References

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