Name: In Situ Neutronenpulver Mit Maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Batterien (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 25 s
Description: Erfahren Sie den Aufbau einer elektrochemischen Zelle für in situ Neutronenpulverdiffraktion zur Analyse von Lithium-Ionen-Batteriematerialien. Diese Methode ermöglicht Echtzeit-Untersuchungen von Elektrodenstrukturen.

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Wir danken AINSE Ltd für die Unterstützung durch das Forschungsstipendium und das Postgraduierten-Preisprogramm.

1. Zell Komponenten erforderlich vor dem Bau HINWEIS: Ein Vanadium wird üblicherweise für NPD Experimenten verwendet, und es ist eine hundert Vanadium Rohr, das an einem Ende verschlossen ist und am anderen Ende offen. Es gibt praktisch kein Signal NPD Daten von Vanadium. <ol><li> Ein Stück Lithiummetall-Folie mit Abmessungen passend zum Volumen des Vanadiums. Zum Beispiel, schneiden Sie ein Stück ca. 120 x 35 mm bei einem Durchmesser von 9 mm Vanadium. Darüber hinaus verwenden dünner Lithiumfolie, um Neutronenabsorption zu minimieren, stellt fest, dass Dicken unter 125 &amp; mgr; m schwierig, ohne zu reißen behandeln. </li><li> Pre-wählen Sie die Art der Trennzeichen verwendet werden. Schneiden ein Blatt Trenn so dass die Abmessungen etwas größer sind als die Elektroden, beispielsweise 140 x 40 mm. HINWEIS: Während porösen Polyvinylalkohol-(PVDF) Membran saugt Elektrolyt leicht, es ist teuer und kann leicht beschädigt und zerrissen werden, wenn während der nicht sorgfältig behandeltBau. Alternativ werden handelsübliche Polyethylenbasis Blätter robuster, sie jedoch nicht einweichen bis Elektrolyt leicht und in der Regel das Signal-zu-Rauschen zu reduzieren aufgrund der größeren Wasserstoffgehalt. </li><li> Machen Sie den positiven Elektrode durch Anschluss an die von Marks Leitlinien et al. 31 nämlich kombinieren PVDF, Ruß, und das aktive Material bei einem ausgewählten Verhältnis. Typischerweise verwenden ein Verhältnis von 10:10:80 von PVDF: Kohlenstoff: aktives Material, aber passen Sie diesen je nach Material untersucht. Schleifen der Mischung hinzuzufügen und n-Methylpyrrolidon (NMP) zugetropft, bis eine Aufschlämmung bildet, dann über Nacht rühren. </li><li> Verbreiten Sie die Mischung auf eine Aluminiumfolie (20 &amp; mgr; m Dicke) mit dem Rakeltechnik. <ol><li> Haften die Stromkollektorfolie mit den Abmessungen 200 x 70 mm auf eine glatte Oberfläche (zB Glas) durch Aufbringen einiger Tropfen von Ethanol auf die Oberfläche und Anordnen der Stromkollektor auf der Oberfläche. Alternativ unsE ein Instrument, das ein leichtes Vakuum auf dem Stromabnehmer von der glatten Oberfläche ziehen können. Glättung des Stromabnehmers zu gewährleisten, dass es keine Falten oder Knicke vor dem Aufbringen der Aufschlämmung. </li><li> Platzieren eines Zahnes oder breite halbkreisförmige Pfütze der Aufschlämmung an einem Ende des Stromabnehmers. Mit einem Kerbstab, Rolle oder speziell Coater (eine Kerbstab mit einer vordefinierten Höhe über der Stromkollektor, zB 100 oder 200 &amp; mgr; m wird typischerweise verwendet) verteilt die Aufschlämmung auf dem Stromkollektor durch Verschieben der ausgewählten Vorrichtung über den Stromabnehmer und Schlamm, was die Ausbreitung der Aufschlämmung auf dem Stromkollektoroberfläche. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig die Stromabnehmer von der glatten Fläche und die Stromabnehmer und verteilt Schlamm in einem Vakuumofen zum Trocknen. . HINWEIS: Die Verbreitung Technik ist detaillierter in Marks et al 31 </li></ol></li><li> Schneiden Sie die positive Elektrode prepaRot in Stufe 1.3, so dass die Abmessungen entsprechen den Lithiumfolie. Sicherzustellen, dass es einen &quot;Vorsprung&quot; der unbeschichteten Metallstromkollektor etwa 0,5 cm in der Länge an einem Ende. Zur Verbesserung der Akkuleistung, drücken Sie die getrockneten positive Elektrodenfilm in die Stromabnehmer mit einer flachen Platte drücken. ANMERKUNG: Abbildung 1 zeigt die relative Größe des Separators und der positiven Elektrode Komponenten. Mindest aktiven Materialmenge in der Elektrode ist 300 mg, jedoch je größer die Menge (relativ zu den anderen Batterie-Komponenten), desto besser ist das Signal NPD. Ein größeres Signal kann damit mehr detaillierte Informationen aus der NPD-Daten und eine bessere zeitliche Auflösung extrahiert werden. </li><li> Pre-Vorbereitung 1 M Lithiumhexafluorphosphat in einem 1/1 vol% Gemisch aus deuteriertem Ethylen Carbonat und deuterierten Dimethylcarbonat. Sicherzustellen, dass alle LiPF 6 gelöst ist, und der Elektrolyt vor der Verwendung gründlich gemischt. </li><li> Schneiden Sie ein Stück Stromabnehmer von ter dieselben Abmessungen wie die positive Elektrode, die in Schritt 1.5 und wiegt den Stromkollektor und der positiven Elektrode. Subtrahieren diese Massen, die Masse der Elektrodenmischung zu erhalten. Multiplizieren die Masse des Elektrodenmischung mit 0,8, um die Masse des aktiven Materials zu ergeben. </li></ol> 2. Zell Construction <ol><li> Vor der Montage der Zelle in einer Argon gefüllten Glovebox, legte sich entweder eine Kunststoffwanne oder eine andere nicht-metallische Abdeckung auf der Basis des gloxebox. </li><li> Stapeln Sie die einzelnen Komponenten in der folgenden Reihenfolge: Ein langer Streifen des Separators, positive Elektrode mit dem Schlamm nach oben und Aluminiumstange (oder Kupferdraht) Wunde in der &quot;Reiter&quot; an einem Ende, der zweite Streifen des Separators und schließlich das Lithium Metall mit Kupferdraht am Ende der Lithiummetall (das gleiche Ende wie die Aluminiumstab) gewickelt. </li><li> Rollen die Schichten aus dem Ende mit der Aluminiumstange und Kupferdraht, um sicherzustellen, dass die beiden Elektroden nicht in kommenKontakt. </li><li> Wenn ein Polyethylenbasis Blatt wurde als Separator gewählt, gelegentlich mit einigen Tropfen von Elektrolyt in den der Trennlinie zwischen dem Lithiummetall und der positiven Elektrode auf der gesamten Länge des Stapels. Alternativ fügen Sie die Tropfen allmählich während des Walzprozesses. Wenn PVDF-Membran wurde als Separator verwendet, ist dieser Schritt nicht notwendig. </li><li> Darauf zu achten, daß die Elektrode fest gerollt und daß die Schichten ausgerichtet bleiben. HINWEIS: Wenn die Schichten Fehlstellungen der Walzprozess muss möglicherweise neu gestartet werden werden jedoch Vorsicht zu treffen, wie die Elektrolytlösung ist leicht flüchtig und kann hinzugefügt werden müssen werden. </li><li> Sicherzustellen, dass der längere Teil des Separators vollständig umschlingt den Stapel oder Rollen, so dass die Elektroden nicht freiliegen (dh die Elektroden nicht die Vanadium Gehäuse berühren). </li><li> Legen Sie die gerollt Stapel in die Vanadium können, dass das Kupferdraht und Aluminiumstange ragen 2-3 cm überder obere Teil des Vanadiums. Fügen Sie die restlichen Elektrolyttropfenweise in die Oberseite des Vanadium können, verwenden Sie 1,5 ml insgesamt. </li><li> Hinzufügen eines Gummistopfens mit Kerben in den Seiten der Aluminiumstange und Kupferdraht in die Oberseite des Vanadiums geschnitten. Verschließen Sie die Dose durch Schmelzen Dentalwachs über die Oberseite der Dose und um das Ende der Kunststoffhülle des Kupferdrahtes. Überprüfen Sie, ob, wie in Abbildung 2 gezeigt, die letzte Zelle erscheint. </li><li> Lassen Sie die Zelle, um &quot;Alter&quot; oder &quot;nassen&quot; horizontal 12-24 h. Vor Gebrauch, testen die Leerlaufspannung durch Verbinden der Aluminiumstange und der Kupferdraht an den Anschlüssen eines Multimeters und Messen des Potentials der Zelle ausgebildet. Stellen Sie außerdem sicher, dass es keine Lecks durch visuelle Inspektion. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Bei der Planung und Durchführung eines In-situ-Experiments , entweder mit der "Roll-over"-Neutronenbeugungszelle oder einem anderen Design, gibt es eine Reihe von Aspekten, die sorgfältig kontrolliert werden müssen, um ein erfolgreiches Experiment zu gewährleisten. Dazu gehören die sorgfältige Auswahl der Art und Menge der Zellkomponenten, die Sicherstellung, dass die vorbereitete Elektrode und die fertig konstruierte Zelle von hoher Qualität sind, die Auswahl geeigneter Beugungsbedingungen, die Planung der durc...

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien bieten tragbare Energie für die moderne Elektronik und sind in der Hochenergieanwendungen wichtig wie Elektrofahrzeuge und als Energiespeicher für Groß Erzeugung erneuerbarer Energie. 3-7 eine Reihe von Herausforderungen für den breiten Einsatz von wiederaufladbaren erreichen bleiben Batterien in Fahrzeugen und Großspeicher, einschließlich Energiedichten und Sicherheit. Die Verwendung von in situ Methoden zur atomaren und molekularen Maßstab Batteriefunktion während des Betriebs werden immer häufiger zu sondieren, wie die Information in solchen Experimenten gewonnen kann Methoden, um bestehende Batteriematerialien verbessern lenken, zB durch die Ermittlung möglicher Ausfallmechanismen, 8-10 und durch die Enthüllung Kristallstrukturen, die für die nächste Generation von Materialien angesehen werden können. 11 Ein Hauptziel der in situ NPD ist es, die Kristallstruktur Entwicklung der Komponenten im Inneren einer Batterie zu sondierenals Funktion der Ladung / Entladung. Um die Kristallstruktur evolution müssen die Komponenten kristallin sein, das solche Studien auf kristallographisch geordneten Elektroden konzentriert messen. Es ist an den Elektroden, die die Ladungsträger (Lithium) eingefügt / extrahiert und solche Änderungen werden von NPD gefolgt. In situ bietet NPD die Möglichkeit zu &quot;verfolgen&quot; nicht nur die Reaktionsmechanismus und die Gitterparameter Evolution der Elektroden, sondern auch die Einführen / Extrahieren von Lithium aus den Elektroden. Im Wesentlichen die Ladungsträger in Lithium-Ionen-Batterien können verfolgt werden. Man erhält eine Lithium-zentrierte Ansicht der Batteriefunktion und wurde vor kurzem nur in wenigen Studien. 11-13 NPD ist eine ideale Technik, um Lithium-haltige Materialien und Lithium-Ionen-Batterien zu prüfen. Dies liegt daran, NPD beruht auf der Wechselwirkung zwischen einem Neutronenstrahl und der Probe. Anders als Pulver-Röntgenbeugung (XRD), wobei die Wechselwirkungder Röntgenstrahlung überwiegend mit den Elektronen der Probe und somit ändert sich linear mit der Ordnungszahl, in NPD die Wechselwirkung von Neutronen-Wechselwirkungen, die Kerne in einer komplexeren und scheinbar zufällige Variation mit der Ordnungszahl führen vermittelt. Somit kann in situ NPD ist besonders vielversprechend für die Untersuchung von Lithium-Ionen-Batterie-Materialien aufgrund von Faktoren wie der Empfindlichkeit des NPD Richtung Lithiumatomen in Gegenwart von schweren Elementen, die nicht zerstörende Wechselwirkung der Neutronen mit der Batterie und der Hoch Eindringtiefe von Neutronen ermöglicht die Prüfung der Volumenkristall-Struktur der Batteriekomponenten innerhalb ganze Batterien der Größe in kommerziellen Geräten verwendet. Daher wird in situ NPD ist besonders nützlich für die Untersuchung der Lithium-Ionen-Batterien als Ergebnis dieser Vorteile. Trotzdem ist die Aufnahme von in situ NPD Experimenten durch die Batterie-Forschung wurde begrenzt, es macht nur 25 Publikationen since den ersten Bericht unter Verwendung von in situ NPD für Batterieforschung 1998 14 Die begrenzte Aufnahme ist auf einige wichtige experimentelle Hürden, wie die Notwendigkeit für die große inkohärente Neutronenstreuungsquerschnitt von Wasserstoff in den Elektrolytlösungen und Trenn Konto in der Batterie, die sich nachteilig auf die NPD-Signals. Dies wird oft durch Substitution mit deuteriertem (2 H) Elektrolytlösungen und Ersetzen des Separators mit alternativen wasserstofffreie oder schlechte Materialien überwinden. 15 weitere Hürde ist die Notwendigkeit, eine ausreichende Probe in dem Neutronenstrahl zu haben, eine Anforderung, die oft die Verwendung von bedingt dickere Elektroden, die wiederum begrenzt die maximale Lade- / Entlade-Rate, die an die Batterie angelegt werden kann. Eine praktischere Anliegen ist die relativ geringe Anzahl von weltweiten Neutronendiffraktometern relativ zu Röntgendiffraktometern und ihre Fähigkeiten - zB Zeit und Winkelauflösung. Als neue Neutronen diffractometer haben online geschaltet und die oben genannten Hürden zu überwinden, in situ NPD Experimente haben an Zahl zugenommen. Es gibt zwei Möglichkeiten, um in situ NPD Experimente durchführen, mit kommerziellen oder maßgeschneiderte Zellen. Kommerzielle Zellen wurde gezeigt, dass Strukturinformation, einschließlich der Entwicklung der Lithiumgehalt und Verteilung in Elektroden offenbaren. 8-11,16-20 jedoch unter Verwendung kommerzieller Zellen begrenzt die Anzahl der Elektroden, die den bereits im Handel erhältlichen sucht werden können, und wobei Hersteller oder wählen Forschungseinrichtungen eingerückt, um Handelstyp-Zellen mit bisher un-kommerzialisierten Materialien herzustellen. Die Herstellung der kommerziellen Typ-Zellen ist abhängig von der Verfügbarkeit ausreichender Mengen an Elektrodenmaterial für die Zellherstellung, typischerweise in der Größenordnung von Kilogramm und deutlich höher als die in der Batterieforschung verwendet werden, die ein Hindernis für die Zellproduktion sein kann. Kommerzielle Zellen typically verfügen über zwei Elektroden, die während der Ladung / Entladung zu entwickeln und die Entwicklung der beiden Elektroden werden in den resultierenden Beugungsmuster erfasst werden. Dies, da die Neutronenstrahl ist sehr durchdringend und können die einzelnen Lithium-Ionen-Zellen eindringen (zB das gesamte Volumen von 18.650 Zellen). Die Entwicklung der beiden Elektroden kann die Datenanalyse kompliziert zu machen, aber wenn genügend Braggreflexionen beider Elektroden beobachtet werden können diese unter Verwendung von ganzen pulverMusterVerfahren modelliert werden. Dennoch können maßgeschneiderte Halbzellen aufgebaut werden, in dem eine Elektrode Lithium und sollte während der Ladung / Entladung nicht strukturell verändern und damit als (oder einem anderen) internen Standards zu handeln. Dies lässt nur eine Elektrode, die den Strukturwandel aufweisen sollte, vereinfacht die Datenanalyse. Es muss auch darauf geachtet werden, dass alle Elektroden Reflexionen von Interesse sind nicht mit Reflexionen von anderen Komponenten im Strukturwandel in der Zelle überlappen. Die AnzeigeAussichts eines maßgeschneiderten Zell ist, dass Komponenten können ausgetauscht werden, um Reflexionspositionen im Beugungsmuster zu verändern. Weiterhin maßgeschneiderte Zellen zu ermöglichen Forschern die Möglichkeit, grundsätzlich verbessert Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und auf Materialien, die in kleinere Forschungs Chargen hergestellt werden und dadurch die in situ NPD Untersuchung einer größeren Vielfalt von Materialien ermöglicht untersuchen. Bisher gab es sechs elektrochemischen Zelle Entwürfe für in situ NPD Studien berichtet, darunter drei zylindrischen Bauformen, 14,15,21,22 zwei münzartigen Zelldesigns 23-26 und einem Beutel Zelldesign. 12,27 Der erste zylindrische Zelle Entwurf wurde in Anwendung beschränkt auf sehr niedrige Ladungs- / Entladungsraten aufgrund der großen Mengen an verwendeten Elektrodenmaterialien. 14,21 Der Roll-Over-Design, unter 15 beschrieben und modifizierte Version des ursprünglichen zylindrischen Zelle, 22 haben viele der Überwindung Probleme mit t zugeordneter zunächst zylinderförmig ausgebildet und kann zur zuverlässigen Korrelation der Struktur der Elektrodenmaterialien mit ihren Elektro verwendet werden. Knopfzellen Entwürfe für in situ NPD ähnliche Mengen von Elektrodenmaterialien ermöglichen auch in Bezug auf die Überrollzelle zu sondiert werden, während mit feinen Unterschiede in Bezug auf die Konstruktion, anwendbaren Gebührensätze und Kosten. 15 Insbesondere die Knopfzellen Aktivität wurde kürzlich berichtet unter Verwendung einer Ti-Zn-Legierung als Hüllenmaterial (null-Matrix), der kein Signal in den NPD-Muster erzeugt gebaut worden. 26. Dies ist ähnlich wie die Verwendung von Vanadium-Dosen in den Roll-over-Design nachstehend beschrieben . Ein Schlüsselfaktor, die gegen geltendes Lade / Entlade Sätze (und Polarisation) beeinflussen kann, ist Elektrodendicke, wo in der Regel dicker Elektroden erfordern die Anwendung von niedrigeren Strom. Die Zellkonstruktionen, die jetzt immer populärer werden, sind die Beutel Zellen mit Platten aus mehreren einzelnen Zellen in Parallelschaltung, ein Blatt oders, die in einer ähnlichen Weise wie die Konstruktion von Lithium-Ionen-Batterien in mobilen Elektronik gefunden gerollt. 12,27 Diese Zelle rechteckig ist (ein Beutel), die bei höheren Ladungs ​​/ Entladungsraten als der Roll oder Münzentyp funktionieren können Zellen. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf den &quot;Roll-over&quot; Zelldesign, illustrieren die Zellenkonstruktion, Verwendung, und einige Ergebnisse mit der Zelle. Die Elektrode Vorbereitung auf die Roll-over-Design-Batterien ist praktisch ähnlich dem Elektroden Vorbereitung für den Einsatz in herkömmlichen Knopfzellen. Die Elektrode kann auf den Stromabnehmer durch Rakeln gegossen werden, mit der größte Unterschied ist, dass die Elektrode muss Dimensionen größer als 35 x 120-150 mm überspannen. Dies kann schwierig sein, Mantel mit jedem Elektrodenmaterial gleichmäßig. Schichten der Elektrodenstromkollektor auf, der Separator und Lithiummetallfolie auf Stromabnehmer angeordnet sind, aufgerollt und in die Vanadium-Dosen eingesetzt. Der Elektrolyt Gebrauchd LiPF 6 ist eine der am häufigsten verwendeten Salze in Lithiumionenbatterien mit deuteriertem Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat deuterierten. Diese Zelle wurde erfolgreich in vier berichteten Studien verwendet worden und wird im folgenden näher beschrieben. 15,28-30

<table><tr><tbody><td colspan="4">Slurry Preparation</td></tr><tr><td>PVDF</td><td>MTI</td><td>Corporation EQ-Lib-PVDF</td><td>http://www.mtixtl.com/PVDFbinderforLi-ionbatteryelectrodes80g/bag-EQ-Lib-PVDF.aspx</td></tr><tr><td>Active Electrode Material Researcher</td><td>*</td><td></td><td>Dies hängt von der zu untersuchenden Elektrode ab, die in der Regel vom Forscher im eigenen Haus hergestellt wird und jedes Mal variiert.</td></tr><tr><td> schwarz</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Lib-SuperC65</td><td>http://www.mtixtl.com/TimicalSUPERC65forLithium-IonBatteries80g/bag-EQ-Lib-SuperC65.aspx</td></tr><tr><td>NMP</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Lib-NMP</td><td>http://www.mtixtl.com/N-Methyl-2-pyrrolidoneNMPsolventforPVDF 250g/bottleLib-NMP.aspx</td></tr><tr><td>Magnetrührer</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS 7 IKAMAG</td><td>http://www.ika.in/owa/ika/catalog.product_detail?iProduct=3581200</td></tr><tr><td colspan="4">Elektrodenherstellung</td></tr><tr><td>Rakel (Kerbstange)</td><td>DPM Solutions Inc.</td><td>100, 200, 300 & 400 Mikron&nbsp; 4-seitige Notch-Bar</td><td></td></tr><tr><td>Al- oder Cu-Stromabnehmer</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-bcaf-15u-280</td><td>http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx</td></tr><tr><td>Vakuum-Ofenbindemittel</td><td></td><td>><z.B. VD 53</td><td>http://www.binder-world.com/en/vacuum-drying-oven/vd-series/vd-53/</td></tr> <tr><td>Flachplattenpresse</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-HP-88V-LD</td><td>http://www.mtixtl.com/25THydraulicFlat HotPress-EQ-HP-88V.aspx</td></tr><tr><td colspan="4">Roll-over cell construction</td></tr><tr><td>V kann</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektrode auf Al/Cu</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-bcaf-15u-280</td><td>http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx</td></tr><tr><td>Polyethylen-basierter oder PVDF-Membran</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-bsf-0025-400C</td><td>http://www.mtixtl.com/separatorfilm-EQ-bsf-0025-400C.aspx</td></tr><tr><td>LiPF6</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>450227</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/450227?lang=en&region=AU</td></tr><tr><td>deuterierten Dimethylcarbonat-Cambridge-Isotopen</td><td></td><td>DLM-3903-PK&nbsp;</td><td>http://shop.isotope.com/productdetails.aspx?id=10032379&itemno=DLM-3903-PK</td></tr><tr><td>deuterierte Ethylencarboante</td><td>CDN-Isotope</td><td>D-5489</td><td>https://www.cdnisotopes.com/as/products/specifications/D-5489.php?ei=YWVraWmjoJ1i0lZ7nkr0RpwHr Hxc9ornu14O4WUtZKbZWZrcq6j55 G0lOab3Wi0dMZ7xc+0Yse1leWVtZ LnrGKvta7v591o4JrnkbRowHt/r</td></tr><tr><td>Li Metallfolie</td><td>MTI Corporation</td><td>Lib-LiF-30M</td><td>http://www.mtixtl.com/Li-Foil-30,000 ml-35 mmW-0,17 mm Th.aspx</td></tr><tr><td>Gummistopfen auf Maß zuschneiden</td><td>generischer Radiergummi</td><td>schneiden einen generischen Radiergummi</td><td></td> nach Maß</tr><tr><td>Zahnwachs</td><td>Ainsworth Dental</td><td>AIW042</td><td>http://www.ainsworthdental.com.au/catalogue/Ainsworth-Modelling-Wax-500g.html</td></tr><tr><td>Kupferdraht (isoliert)</td><td>generischer</td><td></td><td>ummantelter Cu-Draht, der zugeschnitten werden kann</td></tr><tr><td>Aluminiumstab (< 2 mm Durchmesser)</td><td>generisch</td><td></td><td>nach Bedarf zuschneiden</td></tr><tr><td>Handschuhfach</td><td>Mbraun</td><td>UNILab</td><td>http://www.mbraun.com/products/glovebox-workstations/unilab-glovebox/</td></tr> <tr><td>Schere&nbsp;</td><td>generic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lötkolben</td><td>generic</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">In situ NPD</td></tr><tr><td>Geeignetes Neutronendiffraktometer</td><td>ANSTO</td><td>Wombat</td><td>http://www.ansto.gov.au/ResearchHub/Bragg/Facilities/Instruments/Wombat/</td></tr> <tr><td>Potentiostat/Galvanostat</td><td>Autolab</td><td>PGSTAT302N</td><td>http://www.ecochemie.nl/Products/Echem/NSeriesFolder/PGSTAT302N</td></tr><tr><td>Verbindungen zur Batterie von Potentiostat/Galvanostat</td><td>generisch</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Training des NPD-Instruments und der Verwendung</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Datenanalyse</td></tr><tr><td>Datenvisualisierung und Spitzenanpassung, .z.B. LAMP suite</td><td>ILL</td><td>LAMP</td><td>http://www.ill.eu/instruments-support/computing-for-science/cs-software/all-software/lamp/</td></tr> <tr><td>Rietveld Analysesoftware, z.B. GSAS</td><td>APS</td><td>GSAS</td><td></td></tr></tbody></table> https://subversion.xray.aps.anl.gov/trac/EXPGUI

in situ neutronenpulver mit maßgeschneiderte lithium-ionen-batterien

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-Ionen-Batterien sind weit verbreitet in tragbaren elektronischen Geräten verwendet und werden als vielversprechende Kandidaten für höherenergetische Anwendungen wie Elektrofahrzeuge berücksichtigt. 1,2 Doch viele Herausforderungen wie Energiedichte und Batterielebensdauern, müssen vor diesem besonderen überwunden werden Batterietechnologie weit in solchen Anwendungen implementiert werden. 3 Diese Forschung ist herausfordernd und beschreiben wir ein Verfahren, um diesen Herausforderungen mit in situ NPD, die Kristallstruktur der Elektroden unterzogen elektrochemischen Zyklus (Ladung / Entladung) in einem Batterie Sonde adressieren. NPD-Daten zu ermitteln, die zugrunde liegenden strukturellen Mechanismus für eine Reihe von Elektrodeneigenschaften verantwortlich, und diese Information kann die Entwicklung besserer Elektroden und Batterien zu richten. Wir kurzen Überblick über sechs Arten von Batterie-Designs nach Maß für NPD Experimente und detailliert die Methode, um das &quot;Roll-over&quot; Zelle, die wir haben zu konstruierenerfolgreich auf dem high-intensity NPD Instrument WOMBAT verwendet, an der Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). Die Designüberlegungen und Materialien für Zellkonstruktion verwendet werden in Verbindung mit den Aspekten der eigentlichen in situ-Experiment NPD und Ausgangsrichtungen beschrieben werden, wie solche, die in situ Analyse von Daten dargestellt.

Wir haben die Vielseitigkeit bei der Verwendung dieses Überrollzelle in der Literatur 15,28-30 gezeigt und hier präsentieren wir ein Beispiel mit dem Li 0,18 Sr 0,66 Ti 0,5 Nb 0,5 O 3-Elektrode. 32 Bevor Sie versuchen eine sequentielle Rietveld-Verfeinerung (Rietveld-Verfeinerungen in Abhängigkeit von state-of-Gebühr), eine einzelne Ausgestaltung eines Mehrphasenmodell des ersten Datensatzes durchgeführt wurde, mit ...

Beschreiben wir das Design und die Konstruktion einer elektrochemischen Zelle für die Prüfung der Elektrodenmaterialien unter Verwendung von in situ Neutronenpulverbeugungs (NPD). Wir kommentieren kurz auf alternative in situ NPD Zellkonzepte und Methoden für die Analyse des entsprechenden bei der Verwendung dieser Zelle produziert situ NPD-Daten zu diskutieren.

In Situ Neutronenpulver Mit Maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Batterien

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine wiederaufladbare elektrochemische Zelle herzustellen, die für in situ Neutronenbeugungsexperimente geeignet ist. Dies wird erreicht, indem zunächst eine negative Elektrode aus Lithiumfolie, zwei Separatoren und ein Aluminium- oder Kupferblech vorbereitet werden. Der zweite Schritt besteht darin, eine Aufschlämmung aus positivem Elektrodenmaterial über das Aluminium- oder Kupferblech zu verteilen, das als Stromabnehmer der Zelle fungiert.Fügen Sie dann Drähte zu den Elektroden hinzu. Stapeln Sie dann die Separatoren und Elektroden in abwechselnden Schichten und rollen Sie die Schichten dann zu einem Zylinder. Die letzten Schritte bestehen darin, die gewalzte Zelle in eine Vanadiumdose einzusetzen, einen Elektrolyten hinzuzufügen und die Dose mit den Drähten zu verschließen, die letztendlich in situ für die Neutronenbeugung zugänglich sind.Die mit der elektrochemischen Zelle gesammelten Daten werden verwendet, um die strukturellen Veränderungen mehrerer Batteriekomponenten während des elektrochemischen Zyklus oder der Batteriefunktion in Echtzeit zu zeigen. Die Hauptvorteile der Verwendung von In-situ-Neutronenbeugungsexperimenten

in-situ-neutron-powder-diffraction-using-custom-made-lithium-ion

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die Verwendung von Synchrotron-Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und Röntgenbeugung (XRD)-Techniken, um Details Einlagerung / Auslagerung Prozesse in Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen und Na-Ionen-Batterien zu untersuchen. Sowohl in situ und ex situ-Experimente werden verwendet, um Strukturverhalten, die für die Bedienung der Geräte verstehen...

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