Методическая статья

Элементаль чувствительных обнаружение химии в батареи через мягкие рентгеновской спектроскопии поглощения и резонансных неупругого рентгеновского рассеяния

DOI:

10.3791/57415

⸱

17 апреля 2018 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Здесь мы представляем протокол для типичных экспериментов мягкого рентгеновского абсорбционной спектроскопии (sXAS) и резонансных неупругого рассеяния рентгеновского (RIXS) с приложениями в батареи материала исследования.

Аннотация

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

Хранения энергии стала более ограничивающим фактором современных приложений устойчивой энергетики, включая электрических транспортных средств и зеленый электрической сети на основе летучих солнечной и ветер источников. Насущных спрос разработки решений для хранения данных высокой производительности электрохимических энергии, то есть, батареи, опирается на глубокое понимание и практических разработок от Академии и промышленности. Сложнейшую задачу разработки успешных аккумуляторов вытекает из различных требований для хранения энергии в различных приложениях. Плотность энергии, мощность, стабильность, безопасность и параметры расходов, которые все должны быть сбалансированы в Аккумуляторы для удовлетворения требований различных приложений. Таким образом несколько аккумуляторных технологий на основе различных материалов и механизмы должны быть разработаны и оптимизированы. Острые инструменты, которые могут непосредственно зонд химических реакций в различных материалах батарея становится критической для продвижения поле за пределы своих обычных подход проб и ошибок. Здесь мы представляем подробные протоколы для мягкого рентгеновского абсорбционной спектроскопии (sXAS), мягкого рентгеновского эмиссионной спектроскопии (sXES) и резонансных неупругого рентгеновского рассеяния (RIXS) эксперименты, которые являются по своей сути Элементаль чувствительных зондов переходных металлов 3D и анион 2 p государств в батареи соединений. Мы предоставляем детали на экспериментальные методы и демонстраций, выявление ключевых химических государства в материалах батареи через эти мягкие техники рентгеновской спектроскопии.

Введение

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

Разработка высокопроизводительных батарей является одним из важнейших требований для реализации современных энергетических приложений с экологически ресурсов и устройств. Разработка устройств хранения данных высокой эффективности, низкой стоимости и устойчивой энергии стало критическим для электрических транспортных средств (EVs) и электрических сетей, с расширением рынка хранения прогнозируемый энергетический десять раз в этом десятилетии. Повсеместно технологии литий-ионный аккумулятор (либ.) остается перспективный кандидат для высокой плотности энергии и высокой мощности энергии хранения решения1, в то время как Na ионных батарей (сибсов) обещают реализации хранения лоу кост и стабильной для Грин сетки приложения2. Однако общий уровень технологии батарей является значительно ниже того, что требуется для удовлетворения потребности этой новой фазы-в крупных масштабах энергии хранения1,3.

Насущной задачей развития системы хранения энергии высокой производительности возникает от сложных механических и электронных характеристик батареи операций. Обширные усилия были сосредоточены на материальный синтеза и механических свойств. Однако эволюция химических государств отдельных элементов в электродов батареи часто находится под активные обсуждения для недавно разработанных батарея материалов. В общем LIBs и сибсов работают с развивается электронных состояний, вызванных транспорт ионов и электронов в процессе заряда и разряда приводит к окислению и сокращения (redox) реакции конкретных элементов. Как узкое место для многих параметров производительности батарея катодов заплатил много внимания в исследования и разработки в4,5. Материал катода практический батареи часто является 3d переходных металлов (TM) оксида с определенной структурной каналами для диффузии ионов. Условно redox реакция ограничивается ТМ элементов; Однако последние результаты показывают, что кислорода возможно могут быть использованы в обратимого электрохимического Велоспорт6. Редокс механизм является одним из наиболее важных частей информации для понимания электрохимических операции, и таким образом весьма желательно прямой зонд химического государств электродов батареи с элементарной чувствительности.

На базе синхротронного, мягкие рентгеновская спектроскопия — это сложная, обнаруживающий Валентный электрон государства вблизи уровень Ферми в батареи материалы7. Из-за высокой чувствительности мягких рентгеновских фотонов в электроны определенного элемента и орбитальных, мягкие рентгеновская спектроскопия может использоваться как прямой зонд критических электронных состояний в электродов батареи8или на интерфейсы в Аккумуляторы 9. Кроме того, по сравнению с жесткого рентгеновского излучения, мягкого рентгена ниже в энергии и покрытия возбуждений low-Z элементов, например, C, N, O и 2 p- к - возбуждения3d в 3d TMs10.

Возбуждений мягкой рентгеновской спектроскопии впервые включают переходы электронов из основные особенности состояния в незанятое состояние, поглощая энергию от мягких рентгеновских фотонов. Интенсивность таких мягких рентгеновских абсорбционной спектроскопии, таким образом, соответствует плотности государства (DOS) государств незанятых (Полоса кондукции) с наличием возбужденные ядра отверстия. Коэффициент поглощения рентгеновских может измеряться путем обнаружения общее количество фотонов и электронов, излучаемого во время процесса распада. Общая электрона урожайности (ТЕЙ) подсчитывает общее количество выбрасываемых электронов и таким образом режим обнаружения Фотон электрон регистрация (ИПРВ). ТЕЙ имеет мелкий зонд глубины несколько нанометров и поэтому относительно поверхности чувствительных, из-за мелкой побег глубины электронов. Однако как Фотон Фотон регистрация (PIPO) режим обнаружения, Общая флуоресценции доходность (TFY) измеряет общее количество излучаемых фотонов в процессе sXAS. Его глубина зонда составляет о сотни нанометров, что глубже чем ТЕЙ. Из-за разницы в глубины зонда контраст между ТЕЙ и TFY могут предоставить важную информацию для сравнения между поверхностью и сыпучих материалов.

sXES является методом PIPO, соответствующий распада возбужденное состояние, чтобы заполнить отверстие ядро, ведущей к выбросам рентгеновских фотонов на характерные энергии. Если основные электрон спешит в состояние электрона континуум далеко от порога sXAS, это что безрезонансной рентгеновской флуоресценции процесс, соответствующий распада оккупированных (значности) электронов ядро отверстия, то есть, sXES отражает DOS значности государств. В противном случае если основные электрон резонансно взволнован, чтобы точно пороге поглощения, результирующая спектры выбросов особенность сильного возбуждения энергетическая зависимость. В этом случае спектроскопия эксперименты обозначаются как резонансная неупругого рентгеновского рассеяния (RIXS).

Потому что sXAS и sXES соответствует незанятых (Полоса кондукции) и оккупированных (значности) электрон государства, соответственно, они предоставляют дополнительную информацию о электрона государств, участвующих в сокращение и окисления реакций в батарее Электроды по электрохимической операции11. Для low-Z элементов особенно C12,13, N14и15,O16,17, sXAS широко использовался для изучения критических электрона государств, соответствующие как электрон Передача12,13 и химические составы15,16,17. Для 3d TMs sXAS края ТМ L успешно продемонстрирована быть эффективным зонд ТМ окислительно-восстановительных реакций V18, Mn19,20,21,22, 23, Fe-23,-24,-25,-26, Co20,27и Ni20,28. Потому, что функции sXAS ТМ-L преобладают четко multiplet эффект, которые чувствительны к различным ТМ окисления18,19,20,21,22 ,24,25,26,27,28 и спин государств2914,, TM sXAS данные позволили бы даже количественные анализ пары редокс ТМ в LIB и СИБ электроды27.

По сравнению с популярных занятости sXAS батарея материалов исследований, RIXS менее часто используется из-за сложности экспериментов и интерпретации данных для получения значимой информации, касающейся производительности батареи10. Однако из-за чрезвычайно высокой селективностью химико государство RIXS, RIXS является потенциально гораздо более чувствительных зонд химического состояния эволюции в материалах батареи с неотъемлемой элементарной чувствительности. Последние sXES и RIXS доклады по Jeyachandran et al., продемонстрированы высокая чувствительность RIXS для конкретных химических конфигураций в системах сольватация иона после30,sXAS31. С недавних быстрое развитие высокоэффективных RIXS систем32,33,34, RIXS быстро сместился от фундаментальной физики инструмент мощный метод для исследования батареи и иногда становится инструмент выбора для конкретных исследований катион и анион эволюции в батареи соединений.

В этой работе будут введены подробные протоколы для sXAS, sXES и RIXS экспериментов. Мы рассмотрим детали технические процедуры для проведения экспериментов и что еще более важно, обработки данных для различных спектроскопических методов экспериментальной планирования. Кроме того три представителя в батареи материала исследования результаты для демонстрации применения методов этих трех мягкой рентгеновской спектроскопии. Мы отмечаем, что технические детали этих экспериментов могут быть разными в разных конечных станций и/или услуги. Кроме того эксперименты ex-situ и in situ имеют очень разные установки процедуры на пробами из-за строгих требований ультра-высокого вакуума для мягких рентгеновской спектроскопии35. Однако протокол здесь представляет Типичная процедура и может служить в качестве исходной общей для мягких рентгеновской спектроскопии экспериментов в различных экспериментальных систем на различных объектах.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. экспериментальные планирование

Примечание: в то время как sXES может быть выполнена с лабораторного оборудования, sXAS и RIXS являются эксперименты на базе синхротронного, который требует доступа к beamtime синхротрона объекта. Процедура применения для beamtime и запуск экспериментов могут быть разными в разных учреждениях, но все они следуют аналогичные основные процедуры.

  1. Проверьте веб-сайт фонда для каталога излучение (например, https://als.lbl.gov/beamlines/), или обратитесь ученых за заинтересованных beamline(s) для определения надлежащего излучение для научной необходимости.
  2. Представить beamtime предложения Фонда и beamline(s) из передовых источника света (ALS) через систему онлайн представления в https://als.lbl.gov/users/user-guide/.
    Примечание: Beamtime предложение будет рассматриваться основе политики Фонда синхротрон, и авторы успешных предложений будет уведомляться фондом для экспериментальных планирования.
  3. Для контроля безопасности завершите тренинги любых необходимых безопасности согласно требованиям Фонда. Химических веществ, образцы и специального оборудования, необходимых экспериментов и получить проверки для обеспечения безопасности.
  4. Прибытие на объекте впереди beamtime чтобы получить основные идеи на экспериментальной установки и пример загрузки, особенно в качестве новых пользователей в объекте/излучение.

2. Пробоподготовка

  1. Синтезировать образцы материалов, LIB и СИБ и электрохимически цикла различные состояния заряда (SOC).
  2. Для образцов воздуха чувствительных, выполните следующие действия:
    1. Обработки воздуха чувствительных образцы без воздействия воздуха, т.е. открыть образец контейнеры и вырезать образцы с ножницы и щипчики в размер, установка экспериментальной системы в среде инертного газа.
    2. Установите образцы с подходящим размером на держатели образца с помощью двухсторонней проводящие ленты в среде инертного газа.
      Примечание: Если быть измерена, используйте мягких металлов, таких как Индия для наклеивания порошок образцы на края углерода или кислорода, чтобы избежать фон C и O сигналы от органических соединений в проводящие ленты.
  3. Выполните следующие шаги для воздух нечувствительных образцов:
    1. Вырежьте образцы для соответствия конкретного образца держатель для экспериментальных систем.
    2. Установите образцы с соответствующего размера на держатели образца с помощью двухсторонней проводящие ленты. Используйте Индий фольги, если сбор углерода и кислорода сигналы питания образцов.
  4. Для образцов in situ подготовьте образцы In-situ с конкретной клетки, которые обычно реализуют мягкого рентгеновского мембраны. Проверьте электрические соединения и целостность клеток перед загрузкой в экспериментальной системы.
    Примечание: Подробная информация о in situ клетки находятся вне рамок этой работы, но можно найти в предыдущих публикациях35,,3637.

3. Загрузка и позиционирования образцов

Примечание: Из-за требования о ультра-высокого вакуума для мягких рентгеновской спектроскопии экспериментов, пример загрузки обычно занимает несколько шагов, чтобы пройти через вакуумную камеру буфера перед входом в главный экспериментальной камеры.

  1. Остановить вакуумных насосов, закрыть клапан вакуума между образца loadlock и основные экспериментальной камеры и вент образец loadlock, который обычно крепятся непосредственно к экспериментальной системы с газом N2 .
  2. Используйте самодельные пример захвата или большой пинцет захватить держателя образца и загрузить его в loadlock.
  3. Начните, насосные loadlock. Подождите, пока вакуумный манометр показывает низкий достаточно вакуума для открытия loadlock в основные экспериментальные камеру, обычно вокруг середины 10-7 Торр.
  4. Откройте клапан между loadlock и основной камеры. Передача держателя образца на основной манипулятор основной камеры с помощью механизма передачи.
  5. Откройте клапан между основной экспериментальной камеры и излучение. Определите место луч, глядя на эталонный образец с флуоресценцией видимого света.
  6. Положение образца пятно света, изменяя координаты образца манипулятор экспериментальной endstation.

4. Настройка рентген энергетического и резолюции

  1. Измените значения щелей монохроматора излучение, через компьютерную программу или ручная регулировка ручки, контролировать резолюции энергии падающего луча рентгеновского.
  2. Установите необходимое значение для доступа к краю поглощения заинтересованных элементов, например, 290 eV для C-K, 530 eV для O-K края38энергии падающего пучка.
  3. Подключите сигнальные кабели рентгеновского пучка потока (I-0) монитора, который обычно чистого золота сетка на пути луча.
  4. Исправьте механизм монохроматора излучение и собирать интенсивности пучка потока после разрыва ондулятор. Определите значение разрыва конкретного ондулятор для максимально возможной пучка потока.
    Примечание: Поскольку sXAS требует большой энергетический диапазон для различных краев, оптимизация ондулятор разрыва для получения максимально возможной пучка потока часто бывает необходимо.

5. сбор sXAS данных

Примечание: Общая доходность sXAS данные собираются путем записи интенсивности сигналов от текущего образца (ТЕЙ) и channeltron или фотодиод (TFY). Частичный выход сигналов обычно собираются с помощью условного channeltron и полупроводниковый детектор. Потому что здесь вводится система RIXS, и RIXS охватывает все виды частичного флуоресценции выход сигналов (PFY), включая PFY и обратное PFY (iPFY), только типичный протокол для ТЕЙ и сбора данных TFY описан в этой сессии.

  1. Образец Connect в Усилитель тока и кормить выборки текущего сигнала (ТЕЙ) на компьютере счетчик.
  2. Включение питания и контроллеров channeltron или фотодиод, кормить TFY сигнала на компьютер счетчик.
  3. Запустите LabVIEW sXAS данных приобретение grogram Главного управления BL прибыть на интерфейс программы (Рисунок 2) и затем нажмите на кнопку меню сканирование | Одноместный двигателя сканирования (рис. 2).
  4. Нажмите кнопку меню Сканировать настройки (Рисунок 3) для настройки сканирования диапазона инцидента (излучение) рентгеновских фотонов в соответствии заинтересованных sXAS края, например, 280-300 eV для C-K края.
  5. Нажмите кнопку Начать сканирование (рис. 3) для записи интенсивности сигналов от (i ТЕЙ TFY (ii и (iii I-0 каналов одновременно при сканировании этого инцидента энергии фотона рентгеновские.
    Примечание: Обычно будет небольшой сдвиг несколько eV об инциденте энергии фотона рентгеновские. Для калибровки Соберите sXAS данные одного или нескольких типичных образцов перед сбором образцов материалов батареи.

6. сбор данных RIXS и sXES

Примечание: Поскольку sXES технически является одним из RIXS, разрезать на полигоне безрезонансной (высокий) энергии, оборудование для сбора данных и процесса одинаковы по существу.

  1. Сбор sXAS, чтобы определить диапазон энергии возбуждения и калибровки энергии значения (см. Протокол шаг 5).
  2. Включите блок питания детектора спектрометр sXES/RiXS системы и охладить вниз мягкой рентгеновский детектор уменьшить фоновый шум, за рекомендациями производителя.
  3. Начало grogram сбора данных sXES/RiXS LabVIEW Главного управления BL прибыть на интерфейс программы (Рисунок 4).
  4. Нажмите кнопку меню Motors (рис. 4) для задания оптические параметры спектрографа, поэтому детектор охватывает энергетический диапазон заинтересованных элементов и края (рис. 5).
  5. Нажмите кнопку сканирование (рис. 4) | CCD инструмент сканирования (рис. 6).
  6. Нажмите кнопку меню Сканировать установки (рис. 6) для настройки сканирования диапазона инцидента (излучение) энергии фотона рентгеновские. Если сбор sXES, установите его в значение single, это около 20-30 eV выше края поглощения sXAS; иначе если сбор RiXS, установите инцидента рентгеновского (излучение) энергии в диапазоне, который охватывает края поглощения sXAS.
  7. Выберите значок Применить фильтр космических лучей (рис. 6) для удаления космических лучей сигналы из 2D изображений raw RIXS, после того, как они собираются из спектрографа детектор.
  8. Нажмите кнопку Начать сканирование (рис. 6) для сбора флуоресценции сигналов, которые были дифрагированных и энергии решен оптические решетки, в виде 2D изображения, детектор на спектрограф для каждого энергию возбуждения.

7. sXAS данных процесса

Примечание: Экспериментальных данных, включая sXAS а также sXES и RiXS, обрабатывается в программе Pro Игорь.

  1. Нормализует sXAS ТЕЙ и TFY сигналов на I-0 сигналы, которые собираются одновременно.
  2. Вычислить энергию ошибка между собранных sXAS образцов с стандартом; калибровки sXAS сигналов, сдвигая энергии согласно ошибка вычисляемых энергии.

8. sXES и RIXS данных процесса

  1. Интегрируйте интенсивность 2D изображений в формате raw, подводя отсчеты Фотон вдоль отрегулировать угол выбросов энергетические каналы для создания единого sXES или RIXS спектра.
  2. Нормализовать комплексного спектра RIXS 1D на оба инцидента пучка потока, мониторинг в режиме реального времени во время сбора данных и время сбора (в секундах).
  3. Участок нормализованный 1D спектра в цвет масштабируется формате.
  4. Для RiXS данных повторите шаги 8.1-8.3 для каждого энергию возбуждения для получения серии 1D спектров RIXS после выбросов энергетических каналов; Затем укладывают все цвета масштаб 1D RIXS спектры один на один в 2D изображения карты, с одной осью вдоль энергию возбуждения, другой оси показаны выбросов энергетические каналы.
  5. Калибровка величины энергии возбуждения спектра sXES или RIXS карт с помощью sXAS калибровка, обычно с помощью эталонных образцов (см. Протокол шаг 7.2).
  6. Выберите набор точек (x = номер, канал y = энергетическая ценность) вдоль упругих особенности на карте RIXS, где энергии возбуждения и выбросов совпадают; проведение линейной кривой с набором точек для достижения формального энергетическая ценность на канал; по словам отношения масштаб оси x из канала в энергию.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Держатель образца и вставить примеры приведены в Рисунок 1. Рисунок 7 типичный образ RIXS собирается в частности возбуждение энергии с помощью спектрометра, набор для заинтересованных краев. Изображения здесь было собрано на батарею электродного материала, лини0,33Co0,33Mn0,33O2, с возбуждением энергии 858 eV и детектор принялись в диапазоне 500-900 eV для покрытия энер...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Грозным задача повышения производительности энергии хранения материалов требует достижения острые инструменты непосредственно зонда химической эволюции в батареи соединений электрохимических операции. Мягкие рентгеновская спектроскопия уровня ядра, например sXAS, sXES и RIXS, является инструментом оф выбор для выявления критических валентности государства анионов и катионов участвующих в LIBs и сибсов.

Методы спектроскопии уровня ядра связаны сильного возбуждения ядра электроны незанятых госуд...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

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

Advanced света источника (ALS) Лоуренса Беркли национальной лаборатории (НЛЛБ) поддерживается, директор, управление науки, управление основные энергии наук, Министерство энергетики США под контракт № ДЕ AC02-05CH11231. Q.L. Спасибо Китая Совет стипендию (КБК) для финансовой поддержки через сотрудничество, основанные на Китай 111 проекта нет B13029. R.Q. Благодаря поддержке из НЛЛБ МЦРУ программы. С.с. и Z.Z. поблагодарить поддержку от ALS докторских стипендий.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
<сильно>Материал
Электродные активные материалыразличныхСинтезированы собственными силами или получены от различных поставщиков.
Литиевая фольгаSigma-Aldrich320080Анод для полуэлементов. Хранить и обрабатывать в бардачке в инертной атмосфере под Ar. (www.sigmaaldrich.com)
Натриевая фольгаSigma-Aldrich282065анод для полуэлементов. Храните и обрабатывайте в перчаточном ящике в инертной атмосфере под Ar. (www.sigmaaldrich.com)
Растворы электролитовBASFКонтактный поставщик для желаемых составовhttp://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes
Синтетический чешуйчатый графитTimcalSFG-6Проводящая добавка для электродов. (www.timcal.com)
Индийская фольгаSigma-Aldrich357308Используется при сборе углеродных и кислородных сигналов энергетических образцов
Аргон газообразныйвоздух Продуктыиндивидуального заказа, свяжитесь с поставщикамиАргон используется для наполнения перчаточного ящика, где собирать и хранить чувствительные к воздуху образцы. (http://www.airproducts.com/products/gases.aspx)
Eqiupment
CCDiKon-LDO936NИспользуется для захвата фотонов излучения при проведении эксперимента sXES или RiXS (http://www.andor.com/scientific-cameras/ikon-xl-and-ikon-large-ccd-series/ikon-l-936)
Перчаточный ящик в инертной атмосфереMBRAUNMB200BИспользуется при сборке и хранении чувствительных к воздуху образцов. (http://www.mbraun.com/products/glovebox-workstations/mb200b-mod)
Заряд аккумулятора и Тестер разрядаBio-LogicVMP3Используется для электрохимического циклирования материалов аккумуляторов. (https://www.bio-logic.net/en/)
Ячейка SwagelokMTIEQ-HSTCИспользуется для хранения батареи для электрохимического цикла
Держатель образцаизготовленный в лабораторииИспользуется для удержания образцов в эксперименте
Аппаратные средстваразличныеВключая пинцет, ножницы (используются для сборки образцов), щипцы (используются для переноса держателей образцов) и т.д. 
Углеродная и медная лента3MИндивидуальный заказ, связаться с поставщикамиИспользуется для вставки образцов на держатели образцов
Igor ProWaveMetrics7.06Используется для обработки данных эксперимента. (https://www.wavemetrics.com/index.html)
,

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Armand, M., Tarascon, J. M. Building better batteries. Nature. 451 (7179), 652-657 (2008).
  2. Yang, Z., et al. Electrochemical energy storage for green grid. Chem Rev. 111 (5), 3577-3613 (2011).
  3. Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M. Electrical energy storage for the grid: a battery of choices. Science. 334 (6058), 928-935 (2011).
  4. Ellis, B. L., Lee, K. T., Nazar, L. F. Positive Electrode Materials for Li-Ion and Li-Batteries. Chemistry of Materials. 22 (3), 691-714 (2010).
  5. Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chemistry of Materials. 22 (3), 587-603 (2009).
  6. Grimaud, A., Hong, W. T., Shao-Horn, Y., Tarascon, J. M. Anionic redox processes for electrochemical devices. Nat Mater. 15 (2), 121-126 (2016).
  7. Wanli Yang, R. Q. Soft x-ray spectroscopy for probing electronic and chemical states of battery materials. Chin. Phys. B. 25 (1), 17104(2016).
  8. Yang, W., et al. Key electronic states in lithium battery materials probed by soft X-ray spectroscopy. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 190, Part A 64-74 (2013).
  9. Qiao, R., Yang, W. Interactions at the electrode-electrolyte interfaces in batteries studied by quasi-in-situ soft x-ray absorption spectroscopy. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. , (2017).
  10. Lin, F., et al. Synchrotron X-ray Analytical Techniques for Studying Materials Electrochemistry in Rechargeable Batteries. Chem Rev. , (2017).
  11. Liu, X., et al. Why LiFePO4 is a safe battery electrode: Coulomb repulsion induced electron-state reshuffling upon lithiation. Phys Chem Chem Phys. 17 (39), 26369-26377 (2015).
  12. Liu, G., et al. Polymers with tailored electronic structure for high capacity lithium battery electrodes. Adv Mater. 23 (40), 4679-4683 (2011).
  13. Wu, M., et al. Toward an Ideal Polymer Binder Design for High-Capacity Battery Anodes. Journal of the American Chemical Society. 135 (32), 12048-12056 (2013).
  14. Wang, L., et al. Rhombohedral prussian white as cathode for rechargeable sodium-ion batteries. J Am Chem Soc. 137 (7), 2548-2554 (2015).
  15. Qiao, R., et al. Distinct Solid-Electrolyte-Interphases on Sn (100) and (001) Electrodes Studied by Soft X-Ray Spectroscopy. Advanced Materials Interfaces. 1 (100), (2014).
  16. Shan, X., et al. Bivalence Mn5O8 with hydroxylated interphase for high-voltage aqueous sodium-ion storage. Nat Commun. 7, 13370(2016).
  17. Qiao, R., Chuang, Y. D., Yan, S., Yang, W. Soft x-ray irradiation effects of Li(2)O(2), Li(2)CO(3) and Li(2)O revealed by absorption spectroscopy. PLoS One. 7 (11), 49182(2012).
  18. Bak, S. -M., et al. Na-Ion Intercalation and Charge Storage Mechanism in 2D Vanadium Carbide. Advanced Energy Materials. , 1700959(2017).
  19. Zhuo, Z., et al. Effect of excess lithium in LiMn2O4 and Li1.15Mn1.85O4 electrodes revealed by quantitative analysis of soft X-ray absorption spectroscopy. Applied Physics Letters. 110, 093902(2017).
  20. Qiao, R., et al. Transition-metal redox evolution in LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 electrodes at high potentials. Journal of Power Sources. 360, 294-300 (2017).
  21. Qiao, R., et al. Revealing and suppressing surface Mn(II) formation of Na0.44MnO2 electrodes for Na-ion batteries. Nano Energy. 16, 186-195 (2015).
  22. Qiao, R., et al. Direct evidence of gradient Mn(II) evolution at charged states in LiNi0.5Mn1.5O4 electrodes with capacity fading. Journal of Power Sources. 273 (0), 1120-1126 (2015).
  23. Wu, J., et al. Modification of Transition-Metal Redox by Interstitial Water in Hexacyanometallate Electrodes for Sodium-Ion Batteries. Journal of the American Chemical Society. , (2017).
  24. Liu, X., et al. Phase Transformation and Lithiation Effect on Electronic Structure of LixFePO4: An In-Depth Study by Soft X-ray and Simulations. Journal of the American Chemical Society. 134 (33), 13708-13715 (2012).
  25. Liu, X., et al. Distinct charge dynamics in battery electrodes revealed by in situ and operando soft X-ray spectroscopy. Nat Commun. 4, 2568(2013).
  26. Zhuo, Z., Hu, J., Duan, Y., Yang, W., Pan, F. Transition metal redox and Mn disproportional reaction in LiMn0.5Fe0.5PO4 electrodes cycled with aqueous electrolyte. Applied Physics Letters. 109 (2), 023901(2016).
  27. Li, Q., et al. Quantitative probe of the transition metal redox in battery electrodes through soft x-ray absorption spectroscopy. Journal of Physics D: Applied Physics. 49 (41), 413003(2016).
  28. Qiao, R., et al. Direct Experimental Probe of the Ni(II)/Ni(III)/Ni(IV) Redox Evolution in LiNi0.5Mn1.5O4Electrodes. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (49), 27228-27233 (2015).
  29. Pasta, M., et al. Manganese-cobalt hexacyanoferrate cathodes for sodium-ion batteries. J. Mater. Chem. A. 4 (11), 4211-4223 (2016).
  30. Jeyachandran, Y. L., et al. Investigation of the Ionic Hydration in Aqueous Salt Solutions by Soft X-ray Emission Spectroscopy. J Phys Chem B. 120 (31), 7687-7695 (2016).
  31. Jeyachandran, Y. L., et al. Ion-Solvation-Induced Molecular Reorganization in Liquid Water Probed by Resonant Inelastic Soft X-ray Scattering. The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (23), 4143-4148 (2014).
  32. Fuchs, O., et al. High-resolution, high-transmission soft x-ray spectrometer for the study of biological samples. Rev Sci Instrum. 80 (6), 063103(2009).
  33. Chuang, Y. -D., et al. Modular soft x-ray spectrometer for applications in energy sciences and quantum materials. Review of Scientific Instruments. 88 (1), 013110(2017).
  34. Qiao, R., et al. High-efficiency in situ resonant inelastic x-ray scattering (iRIXS) endstation at the Advanced Light Source. Review of Scientific Instruments. 88 (3), 033106(2017).
  35. Liu, X., Yang, W., Liu, Z. Recent Progress on Synchrotron-Based In-Situ Soft X-ray Spectroscopy for Energy Materials. Adv Mater. 26 (46), 7710-7729 (2014).
  36. Guo, J. The development of in situ photon-in/photon-out soft X-ray spectroscopy on beamline 7.0.1 at the ALS. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 188 (0), 71-78 (2013).
  37. Blum, M., et al. Solid and liquid spectroscopic analysis (SALSA)-a soft x-ray spectroscopy endstation with a novel flow-through liquid cell. Review of Scientific Instruments. 80 (12), 123102(2009).
  38. Williams, G. P. X-RAY DATA BOOKLET. , (2009).
  39. Achkar, A. J., et al. Bulk sensitive x-ray absorption spectroscopy free of self-absorption effects. Physical Review B. 83 (8), 081106(2011).
  40. Qiao, R., Chin, T., Harris, S. J., Yan, S., Yang, W. Spectroscopic fingerprints of valence and spin states in manganese oxides and fluorides. Current Applied Physics. 13 (3), 544-548 (2013).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи