Artykuł metodologiczny

In Situ Dyfrakcja proszku neutronowego przy użyciu niestandardowych akumulatorów litowo-jonowych

DOI:

10.3791/52284

⸱

10 listopada 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Chemistry, University of Sydney, 2Institute for Superconducting & Electronic Materials, University of Wollongong, 3Australian Synchrotron, 4Australian Nuclear Science and Technology Organisation, 5School of Mechanical, Materials, and Mechatronic Engineering, University of Wollongong, 6School of Chemistry, University of New South Wales

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisujemy projekt i budowę ogniwa elektrochemicznego do badania materiałów elektrodowych za pomocą dyfrakcji proszków neutronów in situ (NPD). Pokrótce omówimy alternatywne projekty komórek NPD in situ i omówimy metody analizy odpowiadających im danych NPD in situ uzyskanych przy użyciu tej komórki.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Baterie litowo-jonowe są powszechnie stosowane w przenośnych urządzeniach elektronicznych i są uważane za obiecujących kandydatów do zastosowań o wyższej energii, takich jak pojazdy elektryczne. 1,2 Jednak wiele wyzwań, takich jak gęstość energii i żywotność baterii, musi zostać pokonanych, zanim ta konkretna technologia akumulatorów będzie mogła zostać na szeroką skalę wdrożona w takich zastosowaniach. 3 Badania te są wyzwaniem, a my przedstawiamy metodę radzenia sobie z tymi wyzwaniami przy użyciu NPD in situ do badania struktury krystalicznej elektrod poddawanych cyklom elektrochemicznym (ładowanie/rozładowanie) w akumulatorze. Dane NPD pomagają określić podstawowy mechanizm strukturalny odpowiedzialny za szereg właściwości elektrod, a informacje te mogą ukierunkować rozwój lepszych elektrod i baterii.

Krótko omawiamy sześć typów konstrukcji baterii wykonanych specjalnie dla eksperymentów NPD i szczegółowo opisujemy metodę budowy ogniwa 'roll-over', które z powodzeniem zastosowaliśmy w instrumencie NPD o wysokiej intensywności, WOMBAT, w Australijskiej Organizacji Nauki i Technologii Jądrowej (ANSTO). Rozważania projektowe i materiały użyte do budowy komórek są omawiane w połączeniu z aspektami rzeczywistego eksperymentu NPD in situ i przedstawiono wstępne wskazówki dotyczące sposobu analizy tak złożonych danych in situ.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Akumulatory litowo-jonowe dostarczają przenośnej energii dla nowoczesnej elektroniki i są ważne w zastosowaniach wysokoenergetycznych, takich jak pojazdy elektryczne, oraz jako urządzenia do magazynowania energii dla produkcji energii odnawialnej na dużą skalę. 3-7 Nadal istnieje szereg wyzwań związanych z powszechnym stosowaniem akumulatorów w magazynowaniu energii w pojazdach i magazynowaniu na dużą skalę, w tym w zakresie gęstości energii i bezpieczeństwa. Stosowanie metod in situ do badania funkcji baterii w skali atomowej i molekularnej podczas pracy staje się coraz bardziej powszechne, ponieważ informacje uzyskane w takich eksperymentach mogą ukierunkować metody na ulepszenie istniejących materiałów akumulatorów, np. poprzez identyfikację możliwych mechanizmów awarii,8-10 oraz poprzez ujawnienie struktur krystalicznych, które można rozważyć w przypadku materiałów nowej generacji. 11

Głównym celem NPD in situ jest zbadanie ewolucji struktury krystalicznej komponentów wewnątrz baterii w funkcji ładowania/rozładowania. Aby zmierzyć ewolucję struktury krystalicznej, składniki muszą być krystaliczne, co skupia takie badania na elektrodach uporządkowanych krystalograficznie. To właśnie do elektrod wprowadzany/wydobywany jest nośnik ładunku (lit), a po takich zmianach następuje NPD. In situ NPD oferuje możliwość "śledzenia" nie tylko mechanizmu reakcji i ewolucji parametrów sieci elektrod, ale także wprowadzania/ekstrakcji litu z elektrod. Zasadniczo można śledzić nośnik ładunku w akumulatorach litowo-jonowych. Daje to skoncentrowany na litu obraz funkcji baterii i zostało ostatnio wykazane tylko w kilku badaniach. 11-13

NPD to idealna technika do badania materiałów zawierających lit i baterii litowo-jonowych. Dzieje się tak, ponieważ NPD opiera się na interakcji między wiązką neutronów a próbką. W przeciwieństwie do rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej (XRD), w której oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego odbywa się głównie z elektronami próbki, a zatem zmienia się liniowo wraz z liczbą atomową, w NPD oddziaływanie jest pośredniczone przez oddziaływania neutron-jądra, które powodują bardziej złożoną i pozornie losową zmianę liczby atomowej. Tak więc NPD in situ jest szczególnie obiecująca dla badań materiałów akumulatorów litowo-jonowych ze względu na takie czynniki, jak wrażliwość NPD na atomy litu w obecności cięższych pierwiastków, nieniszczące oddziaływanie neutronów z baterią oraz duża głębokość penetracji neutronów umożliwiająca badanie masowej struktury krystalicznej elementów baterii w całych bateriach o rozmiarach stosowanych w urządzeniach komercyjnych. Dlatego ze względu na te zalety NPD in situ jest szczególnie przydatna do badania akumulatorów litowo-jonowych. Mimo to wykorzystanie eksperymentów z NPD in situ przez społeczność badawczą zajmującą się bateriami było ograniczone, stanowiąc zaledwie 25 publikacji od czasu pierwszego raportu o zastosowaniu NPD in situ do badań nad bateriami w 1998 r. 14 Ograniczone wykorzystanie wynika z pewnych poważnych przeszkód eksperymentalnych, takich jak konieczność uwzględnienia dużego niespójnego przekroju czynnego wodoru w roztworach elektrolitu i separatorze w akumulatorze, który jest niekorzystny dla sygnału NPD. Problem ten często można przezwyciężyć poprzez zastąpienie go deuterowanymi (2H) roztworami elektrolitu i zastąpienie separatora alternatywnymi materiałami bezwodorowymi lub ubogimi. 15 Kolejną przeszkodą jest konieczność posiadania wystarczającej ilości próbki w wiązce neutronów, co często wiąże się z koniecznością stosowania grubszych elektrod, co z kolei ogranicza maksymalną szybkość ładowania/rozładowywania, jaką można zastosować do akumulatora. Bardziej praktycznym problemem jest stosunkowo niewielka liczba ogólnoświatowych dyfraktometrów neutronowych w stosunku do dyfraktometrów rentgenowskich oraz ich możliwości – np. rozdzielczość czasowa i kątowa. Wraz z pojawieniem się nowych dyfraktometrów neutronowych i pokonaniem wyżej wymienionych przeszkód, liczba eksperymentów NPD in situ wzrosła.

Istnieją dwie opcje przeprowadzania eksperymentów NPD in situ, przy użyciu komórek komercyjnych lub zbudowanych na zamówienie. Wykazano, że ogniwa komercyjne ujawniają informacje strukturalne, w tym ewolucję zawartości litu i dystrybucji w elektrodach. 8-11,16-20 Jednak stosowanie ogniw komercyjnych ogranicza liczbę elektrod, które można badać, do tych, które są już dostępne na rynku i gdzie producenci lub wybrane ośrodki badawcze są zaangażowane do produkcji ogniw typu komercyjnego z jeszcze nieskomercjalizowanych materiałów. Produkcja ogniw typu komercyjnego jest uzależniona od dostępności wystarczających ilości materiału elektrodowego do produkcji ogniw, zazwyczaj rzędu kilogramów i znacznie wyższej niż w przypadku ogniw stosowanych w badaniach nad bateriami, co może stanowić barierę w produkcji ogniw. Ogniwa komercyjne zazwyczaj zawierają dwie elektrody, które ewoluują podczas ładowania/rozładowania, a ewolucja obu elektrod zostanie uchwycona w powstałych wzorach dyfrakcyjnych. Dzieje się tak, ponieważ wiązka neutronów jest wysoce penetrująca i może przenikać do pojedynczych ogniw litowo-jonowych (np. całej objętości 18 650 ogniw). Ewolucja dwóch elektrod może skomplikować analizę danych, ale jeśli zaobserwuje się wystarczające odbicia Bragga od obu elektrod, można je modelować przy użyciu metod całego wzoru proszkowego. Niemniej jednak można konstruować półogniwa wykonane na zamówienie, w których jedna elektroda jest litowa i nie powinna zmieniać się strukturalnie podczas ładowania/rozładowania, a zatem działać jako (lub inny) standard wewnętrzny. Pozostawia to tylko jedną elektrodę, która powinna wykazywać zmiany strukturalne, upraszczając analizę danych. Należy również zadbać o to, aby wszystkie odbicia elektrod będące przedmiotem zainteresowania nie pokrywały się z odbiciami od innych elementów ulegających zmianom strukturalnym w ogniwie. Zaletą ogniwa wykonanego na zamówienie jest to, że komponenty można zamieniać, aby zmienić pozycje odbicia we wzorach dyfrakcyjnych. Co więcej, ogniwa wykonane na zamówienie dają naukowcom możliwość zasadniczo poprawy stosunku sygnału do szumu i badania materiałów, które są wytwarzane w mniejszych partiach badawczych, co pozwala na badanie NPD in situ większej różnorodności materiałów.

Do tej pory zgłoszono sześć projektów ogniw elektrochemicznych do badań NPD in situ, w tym trzy cylindryczne,14,15,21,22, dwa projekty ogniw monetowych23-26 i projekt ogniwa typu torebkowego. 12,27 Pierwsza cylindryczna konstrukcja ogniwa była ograniczona w użyciu do bardzo niskich szybkości ładowania/rozładowywania ze względu na duże ilości zastosowanych materiałów elektrodowych. 14,21 Konstrukcja z przewróceniem15 opisana poniżej oraz zmodyfikowana wersja oryginalnego ogniwa cylindrycznego,22 przezwyciężyły wiele problemów związanych z pierwszą cylindryczną konstrukcją i mogą być wykorzystane do niezawodnego skorelowania struktury materiałów elektrodowych z ich elektrochemią. Konstrukcje ogniw pastylkowych dla NPD in situ pozwalają również na sondowanie podobnych ilości materiałów elektrodowych w stosunku do ogniwa przewróconego, przy jednoczesnym zachowaniu subtelnych różnic pod względem konstrukcji, stosowanych szybkości ładowania i kosztów. 15 W szczególności niedawno doniesiono, że typ ogniwa pastylkowego został skonstruowany przy użyciu stopu Ti-Zn jako materiału obudowy (matrycy zerowej), który nie wytwarza żadnego sygnału we wzorcach NPD. 26 Jest to podobne do zastosowania puszek z wanadem w opisanej poniżej konstrukcji najazdu. Kluczowym czynnikiem, który może wpływać na odpowiednie szybkości ładowania/rozładowania (i polaryzację), jest grubość elektrody, przy czym zazwyczaj grubsze elektrody wymagają zastosowania niższego prądu. Konstrukcje ogniw, które stają się obecnie coraz bardziej popularne, to ogniwa typu woreczek z arkuszami wielu pojedynczych ogniw połączonych równolegle lub arkusze, które są zwijane w podobny sposób, jak konstrukcja akumulatorów litowo-jonowych spotykanych w elektronice mobilnej. 12,27 To ogniwo jest prostokątne (woreczek), które może działać przy wyższych szybkościach ładowania/rozładowania niż ogniwa typu roll-over lub monetowego. W tej pracy skupiamy się na konstrukcji ogniwa "roll-over", ilustrując konstrukcję ogniwa, zastosowanie i niektóre wyniki przy użyciu ogniwa.

Przygotowanie elektrod do baterii typu roll-over jest praktycznie podobne do przygotowania elektrod do użycia w konwencjonalnych bateriach pastylkowych. Elektroda może być odlewana na odbierak prądu za pomocą wałka doktorskiego, z największą różnicą polegającą na tym, że elektroda musi mieć wymiary większe niż 35 x 120-150 mm. Może to być trudne do równomiernego pokrycia z każdym materiałem elektrody. Warstwy elektrody na odbieraku prądu, separatorze i folii litowo-metalowej na odbieraku prądu są układane, walcowane i wkładane do puszek wanadowych. Stosowany elektrolit to LiPF6, jedna z najczęściej stosowanych soli w akumulatorach litowo-jonowych z deuterowanym węglanem etylenu i deuterowanym węglanem dimetylu. Komórka ta została z powodzeniem wykorzystana w czterech zgłoszonych badaniach i zostanie opisana bardziej szczegółowo poniżej. 15,28-30

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Komponenty ogniw wymagane przed budową

UWAGA: Puszka wanadu jest tradycyjnie używana do eksperymentów NPD i jest to całkowicie wanadowa rurka, która jest uszczelniona z jednej strony i otwarta z drugiej. W danych NPD praktycznie nie ma sygnału z wanadu.

  1. Wytnij kawałek folii litowo-metalowej do wymiarów odpowiadających objętości puszki wanadu. Na przykład wytnij kawałek o wymiarach około 120 x 35 mm w przypadku puszki wanadu o średnicy 9 mm. Ponadto należy użyć cieńszej folii litowej, aby zminimalizować absorpcję neutronów, zauważając, że grubości poniżej 125 μm mogą być trudne do pokonania bez rozdarcia.
  2. Wstępnie wybierz typ separatora, który ma być używany. Wytnij arkusz separatora tak, aby wymiary były nieco większe niż elektrody, np. 140 x 40 mm.
    UWAGA: Chociaż porowata membrana z polifluorku winylu (PVDF) łatwo wchłania elektrolit, jest droga i może zostać łatwo uszkodzona i rozerwana, jeśli nie będzie się z nią ostrożnie obchodzić podczas budowy. Alternatywnie, dostępne na rynku arkusze na bazie polietylenu są bardziej wytrzymałe, jednak nie wchłaniają tak łatwo elektrolitu i generalnie zmniejszają sygnał do szumu ze względu na większą zawartość wodoru.
  3. Wykonaj elektrodę dodatnią, postępując zgodnie z wytycznymi określonymi przez Marksa i wsp. 31 Mianowicie, połącz PVDF, sadzę i materiał aktywny w wybranych proporcjach. Zazwyczaj stosuje się stosunek 10:10:80 PVDF do węgla do materiału aktywnego, ale należy go dostosować w zależności od badanego materiału. Zmiel mieszaninę i dodawaj kroplami n-metylopirolidon (NMP), aż utworzy się zawiesina, a następnie mieszaj przez noc.
  4. Rozprowadzić mieszaninę na folii aluminiowej (grubość 20 μm) za pomocą techniki rakli.
    1. Przyklej arkusz odbieraka prądu o wymiarach 200 x 70 mm do gładkiej powierzchni (np. szkła) nakładając kilka kropel etanolu na powierzchnię i umieszczając kolektor prądu na powierzchni. Alternatywnie użyj przyrządu, który może wyciągnąć lekkie podciśnienie na kolektorze prądu z gładkiej powierzchni. Wygładź kolektor prądu, aby upewnić się, że nie ma zmarszczek ani zagnieceń przed nałożeniem gnojowicy.
    2. Umieść ząb lub szeroką kałużę gnojowicy w kształcie półkola na jednym końcu kolektora prądu. Za pomocą listwy tnącej, wałka lub specjalnie zaprojektowanej powlekarki (zwykle stosuje się listwę wycinającą o określonej wysokości nad kolektorem prądu, np. 100 lub 200 μm) rozprowadź gnojowicę po kolektorze prądu, przesuwając wybrane urządzenie po kolektorze prądu i gnojowicy, co powoduje rozprowadzenie gnojowicy na powierzchni kolektora prądu.
    3. Delikatnie wyjmij odbierak prądu z gładkiej powierzchni i umieść go i rozprowadź zawiesinę w piecu próżniowym w celu wysuszenia.
      UWAGA: Technika rozsiewania jest opisana bardziej szczegółowo w Marks et al. Rozdział 31
  5. Przyciąć elektrodę dodatnią przygotowaną w kroku 1.3 tak, aby wymiary odpowiadały folii litowej. Upewnij się, że na jednym końcu znajduje się "wypustka" niepowlekanego metalowego odbieraka prądu o długości około 0.5 cm. Aby poprawić wydajność akumulatora, wciśnij wysuszoną folię elektrody dodatniej do kolektora prądu za pomocą prasy płaskiej.
    UWAGA: Rysunek 1 przedstawia względne rozmiary separatora i elementów elektrody dodatniej. Minimalna ilość materiału aktywnego w elektrodzie wynosi 300 mg, jednak im większa ilość (w stosunku do innych elementów baterii), tym lepszy sygnał NPD. Większy sygnał może pozwolić na wydobycie bardziej szczegółowych informacji z danych NPD i lepszą rozdzielczość czasową.
  6. Wstępnie przygotować 1 M heksafluorofosforan litu w mieszaninie 1/1% obj. deuterowanego węglanu etylenu i deuterowanego węglanu dimetylu. Upewnij się, że cały LiPF6 został rozpuszczony, a elektrolit dokładnie wymieszany przed użyciem.
  7. Wytnij kawałek odbieraka prądu o tych samych wymiarach co elektroda dodatnia w kroku 1.5 i zważ odbierak prądu i elektrodę dodatnią. Odejmij te masy, aby uzyskać masę mieszaniny elektrod. Pomnóż masę mieszaniny elektrod przez 0,8, aby uzyskać masę materiału aktywnego.

2. Budowa komórki

  1. Przed zamontowaniem ogniwa w komorze rękawicowej wypełnionej argonem należy położyć plastikową tackę lub inną niemetalową powłokę na podstawie pojemnika na glokse.
  2. Ułóż poszczególne elementy w następującej kolejności: długi pasek separatora, elektroda dodatnia z zawiesiną skierowaną do góry i aluminiowy pręt (lub drut miedziany) nawinięty w "zakładkę" na jednym końcu, drugi pasek separatora, a na końcu lit metaliczny z drutem miedzianym nawiniętym na końcu litu metalowego (ten sam koniec co pręt aluminiowy).
  3. Rozpocznij zwijanie warstw od końca za pomocą pręta aluminiowego i drutu miedzianego, upewniając się, że dwie elektrody się nie stykają.
  4. Jeśli jako separator wybrano arkusz na bazie polietylenu, od czasu do czasu dodaj kilka kropli elektrolitu do separatora między litem metalicznym a elektrodą dodatnią na całej długości stosu. Alternatywnie, dodawaj krople stopniowo podczas procesu walcowania. Jeśli jako separator zastosowano membranę PVDF, ten krok nie jest konieczny.
  5. Zwróć uwagę, aby elektroda była mocno zwinięta i aby warstwy pozostały wyrównane.
    UWAGA: Jeśli warstwy staną się niewspółosiowe, może być konieczne ponowne rozpoczęcie procesu walcowania, jednak należy zachować ostrożność, ponieważ roztwór elektrolitu jest bardzo lotny i może być konieczne dodanie większej ilości.
  6. Upewnij się, że dłuższy kawałek separatora całkowicie owija się wokół stosu lub rolki, tak aby elektrody nie były odsłonięte (tj. elektrody nie dotykały obudowy wanadu).
  7. Włóż zwinięty stos do puszki z wanadem tak, aby drut miedziany i pręt aluminiowy wystawały 2-3 cm poza górną część puszki wanadowej. Dodaj pozostały elektrolit kroplami do górnej części puszki wanadu, użyj łącznie 1,5 ml.
  8. Dodaj gumowy korek z nacięciami wyciętymi po bokach na aluminiowy pręt i drut miedziany do górnej części puszki wanadu. Zapieczętuj puszkę, topiąc wosk dentystyczny na górze puszki i wokół końca plastikowej osłony drutu miedzianego. Sprawdź, czy ostatnia komórka jest wyświetlana, jak pokazano na rysunku 2.
  9. Pozwól ogniwu "starzeć się" lub "zmoczyć" poziomo przez 12-24 godziny. Przed użyciem przetestuj potencjał obwodu otwartego, podłączając aluminiowy pręt i drut miedziany do zacisków multimetru i mierząc potencjał zbudowanego ogniwa. Upewnij się również, że nie ma wycieków podczas oględzin.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wykazaliśmy wszechstronność w użyciu tego ogniwa rolkowego w literaturze15,28-30, a tutaj prezentujemy przykład z elektrodą Li0.18Sr0.66Ti0.5Nb0.5O3. Rozdział 32

Przed próbą sekwencyjnego udoskonalenia Rietvelda (udoskonalenia Rietvelda jako funkcja stanu naładowania), przeprowadzono pojedyncze udoskonalenie modelu wielofazowego do pierwszego zestawu danych, przy czym dane te zostały zebrane dla nieskazitelnej komórki...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Podczas projektowania i przeprowadzania eksperymentu in situ , czy to z ogniwem dyfrakcyjnym neutronów typu "roll-over", czy innym projektem, istnieje szereg aspektów, które muszą być dokładnie kontrolowane, aby zapewnić udany eksperyment. Obejmują one staranny wybór rodzaju i ilości komponentów ogniwa, zapewnienie, że przygotowana elektroda i ostatecznie skonstruowane ogniwo są wysokiej jakości, wybór odpowiednich warunków dyfrakcji, planowanie z wyprzedzeniem etapów cykli elektrochemicznych, a także zrozumieni...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy AINSE Ltd za wsparcie poprzez program stypendiów badawczych i studiów podyplomowych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Przygotowanie gnojowicy
PVDFMTI CorporationEQ-Lib-PVDFhttp://www.mtixtl.com/PVDFbinderforLi-ionbatteryelectrodes80g/bag-EQ-Lib-PVDF.aspx
Aktywny materiał elektrodyBadacz sprawia*Jest to zależne od badanej elektrody, zazwyczaj wykonywanej wewnętrznie przez badacza i zmienia się za każdym razem,
gdy Węgiel MTI CorporationEQ-Lib-SuperC65http://www.mtixtl.com/TimicalSUPERC65forLithium-IonBatteries80g/bag-EQ-Lib-SuperC65.aspx
NMPMTI CorporationEQ-Lib-NMPhttp://www.mtixtl.com/N-Methyl-2-pyrrolidoneNMPsolventforPVDF
250g/bottleLib-NMP.aspx
Mieszadło magnetyczneIKAC-MAG HS 7 IKAMAGhttp://www.ika.in/owa/ika/catalog.product_detail?iProduct=3581200
Produkcja elektrod
Rakla (listwa wycinająca)DPM Solutions Inc.100, 200, 300 i 400 mikron  4-stronne kolektory prądowe z listwą
Al lub CuMTI CorporationEQ-bcaf-15u-280http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub
strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx
Spoiwodo pieca próżniowegog. VD 53http://www.binder-world.com/en/vacuum-drying-oven/vd-series/vd-53/
Prasa płaskaMTI CorporationEQ-HP-88V-LDhttp://www.mtixtl.com/25THydraulicFlat
HotPress-EQ-HP-88V.aspx
Konstrukcja ogniwa roll-over
V can elektroda
na Al/CuMTI CorporationEQ-bcaf-15u-280http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub
strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx
membrana polietylenowa lub PVDFMTI CorporationEQ-bsf-0025-400Chttp://www.mtixtl.com/separatorfilm-EQ-bsf-0025-400C.aspx
LiPF6Sigma-Aldrich450227
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/450227?lang=en®ion=AU deuterowany węglan dimetyluIzotopy CambridgeDLM-3903-PK http://shop.isotope.com/productdetails.aspx?id=10032379&itemno=DLM-3903-PK
deuterowane izotopy karboante etylenuCDND-5489https://www.cdnisotopes.com/as/products/specifications/D-5489.php?ei=YWVraWmjoJ1i0lZ7nkr0RpwHr
Hxc9ornu14O4WUtZKbZWZrcq6j55
G0lOab3Wi0dMZ7xc+0Yse1leWVtZ
LnrGKvta7v591o4JrnkbRowHt/r
Folia metalowa LiMTI CorporationLib-LiF-30Mhttp://www.mtixtl.com/Li-Foil-30,000 ml-35 mmW-0,17 mm
Th.aspx
Gumowy korek przycięty na wymiarogólna gumkaWytnij ogólną gumkę na wymiar
wosk dentystycznyAinsworth DentalAIW042http://www.ainsworthdental.com.au/catalogue/Ainsworth-Modelling-Wax-500g.html
Drut miedziany (izolowany)Drut Cu w osłonie ogólnej
Pręt aluminiowy (< Średnica 2 mm)ogólnecięcie na wymiar zgodnie z wymaganiami
Schowek rękawicowyMbraunUNILabhttp://www.mbraun.com/products/glovebox-workstations/unilab-glovebox/
Nożyczki ogólny
Lutownicageneric
In situ NPD
Odpowiedni dyfraktometr neutronowyANSTOWombathttp://www.ansto.gov.au/ResearchHub/Bragg/Facilities/Instruments/Wombat/
Potentiostat/galvanostatAutolabPGSTAT302Nhttp://www.ecochemie.nl/Products/Echem/NSeriesFolder/PGSTAT302N
Połączenia z akumulatorem z potencjostatu/galwanostatuogólnego
Szkolenie z przyrządu NPD i jego użytkowania
Analiza danych
Wizualizacja danych i dopasowanie szczytów, .e.g. LAMPsuite ILLLAMPhttp://www.ill.eu/instruments-support/computing-for-science/cs-software/all-software/lamp/
Oprogramowanie analityczne Rietveld, np. GSASAPSGSAS
wycinającą, który można przyciąć na wymiar https://subversion.xray.aps.anl.gov/trac/EXPGUI

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Winter, M., Besenhard, J. O., Spahr, M. E., Novak, P. Insertion electrode materials for rechargeable lithium batteries. Adv. Mater. (Weinheim, Ger.). 10, 725-763 (1998).
  2. Wakihara, M. Recent developments in lithium ion batteries). Mater. Sci. Eng., R. 33, 109-134 (2001).
  3. Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chem. Mater. 22, 587-603 (2010).
  4. Palomares, V., et al. Na-ion batteries, recent advances and present challenges to become low cost energy storage systems. Energy Environ. Sci. 5, 5884-5901 (2012).
  5. Masquelier, C., Croguennec, L. Polyanionic (phosphates, silicates, sulfates) frameworks as electrode materials for rechargeable Li (or Na) batteries. Chem. Rev. (Washington, DC, U. S.). 113, 6552-6591 (2013).
  6. Reddy, M. V., Subba Rao, G. V., Chowdari, B. V. R. Metal Oxides and Oxysalts as Anode Materials for Li Ion Batteries. Chem. Rev. (Washington, DC, U. S.). 113, 5364-5457 (2013).
  7. Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for rechargeable batteries. J. Power Sources. 196, 6688-6694 (2011).
  8. Sharma, N., Peterson, V. K. Overcharging a lithium-ion battery: Effect on the LixC6 negative electrode determined by in situ neutron diffraction. J. Power Sources. 244, 695-701 (2013).
  9. Sharma, N., et al. Structural changes in a commercial lithium-ion battery during electrochemical cycling: An in situ neutron diffraction study. J. Power Sources. 195, 8258-8266 (2010).
  10. Senyshyn, A., Muehlbauer, M. J., Nikolowski, K., Pirling, T., Ehrenberg, H. In-operando' neutron scattering studies on Li-ion batteries. J. Power Sources. 203, 126-129 (2012).
  11. Sharma, N., Yu, D., Zhu, Y., Wu, Y., Peterson, V. K. Non-equilibrium Structural Evolution of the Lithium-Rich Li1+yMn2O4 Cathode within a Battery. Chemistry of Materials. 25, 754-760 (2013).
  12. Pang, W. K., Sharma, N., Peterson, V. K., Shiu, J. J., Wu, S. H. In-situ neutron diffraction study of the simultaneous structural evolution of a LiNi0.5Mn1.5O4 cathode and a Li4Ti5O12 anode in a LiNi0.5Mn1.5O4 parallel to Li4Ti5O12 full cell. Journal of Power Sources. 246, 464-472 (2014).
  13. Pang, W. K., Peterson, V. K., Sharma, N., Shiu, J. -J., Wu, S. -h Lithium Migration in Li4Ti5O12 Studied Using in Situ Neutron Powder. 26, 2318-2326 (2014).
  14. Bergstom, O., Andersson, A. M., Edstrom, K., Gustafsson, T. A neutron diffraction cell for studying lithium-insertion processes in electrode materials. J. Appl. Crystallogr. 31, 823-825 (1998).
  15. Sharma, N., Du, G. D., Studer, A. J., Guo, Z. P., Peterson, V. K. In-situ neutron diffraction study of the MoS2 anode using a custom-built Li-ion battery. Solid State Ion. 199, 37-43 (2011).
  16. Sharma, N., Peterson, V. K. Current-dependent electrode lattice fluctuations and anode phase evolution in a lithium-ion battery investigated by in situ neutron diffraction. Electrochim. Acta. 101, 79-85 (2013).
  17. Dolotko, O., Senyshyn, A., Muhlbauer, M. J., Nikolowski, K., Ehrenberg, H. Understanding structural changes in NMC Li-ion cells by in situ neutron diffraction. Journal of Power Sources. 255, 197-203 (2014).
  18. Rodriguez, M. A., Ingersoll, D., Vogel, S. C., Williams, D. J. Simultaneous In Situ Neutron Diffraction Studies of the Anode and Cathode in a Lithium-Ion Cell. Electrochem. Solid-State Lett. 7, (2004).
  19. Wang, X. -L., et al. Visualizing the chemistry and structure dynamics in lithium-ion batteries by in-situ neutron diffraction. Sci. Rep. 2, 00747(2012).
  20. Rodriguez, M. A., Van Benthem, M. H., Ingersoll, D., Vogel, S. C., Reiche, H. M. In situ analysis of LiFePO4 batteries: Signal extraction by multivariate analysis. Powder Diffr. 25, 143-148 (2010).
  21. Berg, H., Rundlov, H., Thomas, J. O. The LiMn2O4 to lambda-MnO2 phase transition studied by in situ neutron diffraction. Solid State Ion. 144, 65-69 (2001).
  22. Roberts, M., et al. Design of a new lithium ion battery test cell for in-situ neutron diffraction measurements. Journal of Power Sources. 226, 249-255 (2013).
  23. Rosciano, F., Holzapfel, M., Scheifele, W., Novak, P. A novel electrochemical cell for in situ neutron diffraction studies of electrode materials for lithium-ion batteries. J. Appl. Crystallogr. 41, 690-694 (2008).
  24. Godbole, V. A., et al. Circular in situ neutron powder diffraction cell for study of reaction mechanism in electrode materials for Li-ion batteries. RSC Adv. 3, 757-763 (2013).
  25. Colin, J. -F., Godbole, V., Novak, P. In situ neutron diffraction study of Li insertion in Li4Ti5O12. Electrochem. Commun. 12, 804-807 (2010).
  26. Bianchini, M., et al. A New Null Matrix Electrochemical Cell for Rietveld Refinements of In-Situ or Operando Neutron Powder Diffraction Data. Journal of the Electrochemical Society. 160, 2176-2183 (2013).
  27. Liu, H. D., Fell, C. R., An, K., Cai, L., Meng, Y. S. In-situ neutron diffraction study. Journal of Power Sources of the xLi(2)MnO(3)center dot(1-x)LiMO2 (x=0, 0.5; M. 240 (2), Ni, Mn, Co. 772-778 (2013).
  28. Sharma, N., et al. Direct Evidence of Concurrent Solid-Solution and Two-Phase Reactions and the Nonequilibrium Structural Evolution of LiFePO4). J. Am. Chem. Soc. 134, 7867-7873 (2012).
  29. Sharma, N., et al. Time-Dependent in-Situ Neutron Diffraction Investigation of a Li(Co0.16Mn1.84)O4 Cathode. J. Phys. Chem. C. 115, 21473-21480 (2011).
  30. Du, G., et al. Br-Doped Li4Ti5O12 and Composite TiO2 Anodes for Li-ion Batteries: Synchrotron X-Ray and in situ Neutron Diffraction Studies. Adv. Funct. Mater. 21, 3990-3997 (2011).
  31. Marks, T., Trussler, S., Smith, A. J., Xiong, D., Dahn, J. R. A Guide to Li-Ion Coin-Cell Electrode Making for Academic Researchers. J. Electrochem. Soc. 158, 51-57 (2010).
  32. Brant, W. R., et al. Rapid Lithium Insertion and Location of Mobile Lithium in the Defect Perovskite Li0.18Sr0.66Ti0.5Nb0.5O3. ChemPhysChem. 13, 2293-2296 (2012).
  33. Richard, D., Ferrand, M., Kearley, G. J. Analysis and Visualisation of Neutron-Scattering Data. J. Neutron Research. 4, 33-39 (1996).
  34. Brant, W. R., Schmid, S., Du, G., Gu, Q., Sharma, N. A simple electrochemical cell for in-situ fundamental structural analysis using synchrotron X-ray powder diffraction. Journal of Power Sources. 244, 109-114 (2013).
  35. Hu, C. -W., et al. Real-time investigation of the structural evolution of electrodes in a commercial lithium-ion battery containing a V-added LiFePO4 cathode using in-situ neutron powder diffraction. J. Power Sources. 244, 158-163 (2013).
  36. Cai, L., An, K., Feng, Z., Liang, C., Harris, S. J. In-situ observation of inhomogeneous degradation in large format Li-ion cells by neutron diffraction. J. Power Sources. 236, 163-168 (2013).
  37. Doeff, M. M., et al. Characterization of electrode materials for lithium ion and sodium ion batteries using synchrotron radiation techniques. J. Visualized Exp. , 50591-50594 (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Dyfrakcja neutron w in situniestandardowa konstrukcja bateriikonstrukcja ogniwa typu roll overuszczelnianie wanadowego pojemnikaanaliza cykli elektrochemicznychanaliza komponent w bateriibadanie mechanizm w strukturalnychinstrument NPD o wysokiej intensywno ci

Powiązane artykuły