Summary
Se describe el uso de sincrotrón de rayos X espectroscopia de absorción (XAS) y difracción de rayos X (DRX) técnicas para sondear los detalles de los procesos de intercalación / desintercalación en materiales de electrodos para baterías de ion-litio y Na-ion. Tanto in situ como ex situ experimentos se utilizan para entender el comportamiento estructural relevante para el funcionamiento de los dispositivos
Abstract
Compuestos de intercalación, como los óxidos de metales de transición o fosfatos son los materiales de los electrodos más comúnmente utilizados en las baterías de iones de Na Li-ion y. Durante la inserción o eliminación de iones de metales alcalinos, los estados redox de metales de transición en los compuestos cambian y transformaciones estructurales tales como transiciones de fase y / o aumentos o disminuciones parámetro de red se producen. Estos comportamientos, a su vez determinan características importantes de las baterías, como los perfiles de potenciales, capacidades de velocidad, y la vida de ciclo. Los rayos X extremadamente brillantes y sintonizables producidos por la radiación de sincrotrón permiten una rápida adquisición de datos de alta resolución que proporcionan información sobre estos procesos. Las transformaciones en los materiales a granel, tales como transiciones de fase, se pueden observar directamente mediante difracción de rayos X (DRX), mientras que la espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) proporciona información sobre la estructura electrónica y geométricos locales (por ejemplo, cambios en los estados redox y bonos lengths). En experimentos in situ llevadas a cabo en las células que operan son particularmente útiles debido a que permiten una correlación directa entre las propiedades electroquímicas y estructurales de los materiales. Estos experimentos son mucho tiempo y puede ser difícil de diseñar debido a la reactividad y aire sensibilidad de los ánodos de metales alcalinos usados en las configuraciones de células medio, y / o la posibilidad de interferencia de la señal de otros componentes celulares y de hardware. Por estas razones, es conveniente llevar a cabo experimentos ex situ (por ejemplo, sobre los electrodos recolectadas de células cargadas parcialmente o en bicicleta) en algunos casos. A continuación, presentamos los protocolos detallados para la preparación de tanto ex situ e in situ muestras de los experimentos con radiación sincrotrón y demostrar cómo se hacen estos experimentos.
Introduction
Las baterías de iones de litio para la electrónica de consumo actualmente mandan un mercado $ 11 mil millones en todo el mundo ( http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/ ) y son la mejor elección para aplicaciones vehiculares emergentes como plug-in de los vehículos eléctricos híbridos (PHEV) y vehículos eléctricos (EV). Análogos a estos dispositivos que utilizan los iones de sodio en lugar de litio se encuentran en etapas tempranas de desarrollo, pero se consideran atractivo para gran escala de almacenamiento de energía (es decir, aplicaciones de redes) con base en el precio y los argumentos de seguridad de suministro 1, 2. Ambos sistemas de intercalación duales trabajan en el mismo principio, los iones de metales alcalinos lanzadera entre dos electrodos que actúan como estructuras de acogida, que se someten a procesos de inserción a diferentes potenciales. Las células electroquímicas mismos están RELtivamente sencilla, que consta de electrodos positivos y negativos compuestos en los colectores de corriente, separadas por una membrana porosa saturada con una solución electrolítica por lo general consiste en una sal disuelta en una mezcla de disolventes orgánicos (Figura 1). Grafito y LiCoO2 son los electrodos más comúnmente empleados positivos y negativos, respectivamente, para las baterías de iones de litio. Varios materiales de los electrodos alternativos también se han desarrollado para aplicaciones específicas, incluyendo las variantes de LiMn 2 O 4 espinela, LiFePO4 con la estructura de olivino, y los CMN (LiNi x Mn x Co 1-2x O 2 compuestos) para los positivos, y los carbones duros, Li 4 Ti 5 O 12, y aleaciones de litio con el estaño para negativos 3. Materiales de alta tensión como LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4, los nuevos materiales de gran capacidad como los compuestos de capas de capas (por ejemplo XLI 2 MnO <sub> 3 · (1-x) LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2), compuestos con metales de transición que se someten a múltiples cambios en los estados redox, y ánodos de aleación Li-Si se encuentran actualmente sujetos de una intensa investigación, y, de ser desplegado con éxito, debe aumentar densidades de energía prácticos de células de iones de litio más. Otra clase de materiales, conocido como electrodos de conversión, en el que los óxidos de metales de transición, sulfuros, fluoruros o se reducen de forma reversible al elemento metálico y una sal de litio, también están bajo consideración para su uso como electrodos de la batería (principalmente como sustitutos de los ánodos) 4. Para los dispositivos basados en sodio, carbón duro, aleaciones, estructuras Nasicon y titanatos están siendo investigados para su uso como ánodos y varios óxidos de metales de transición y compuestos polianiónicos como cátodos.
Debido a que las baterías de iones de litio e iones de sodio no se basan en la química fijos, sus características de rendimiento varían considerablemente dependiendo de tque los electrodos que se emplean. El comportamiento redox de los electrodos determina los perfiles potenciales, capacidades de velocidad, y la vida de ciclo de los dispositivos. Polvo convencional de difracción de rayos X (DRX) técnicas se pueden utilizar para la caracterización estructural inicial de materiales vírgenes y medidas ex situ sobre electrodos andado en bicicleta, pero las consideraciones prácticas, tales como intensidad de señal baja y los relativamente largos tiempos necesarios para recopilar datos de limitar la cantidad de información que se pueden obtener en los procesos de descarga y carga. Por el contrario, los de alto brillo y cortas longitudes de onda de la radiación sincrotrón (por ejemplo, λ = 0,97 A en la línea de luz de la Stanford de Radiación Sincrotrón de Lightsource 11-3), combinado con el uso de detectores de imagen de alto rendimiento, la adquisición del permiso de datos de alta resolución sobre las muestras en tan poco como 10 segundos. En el trabajo in situ se realiza en el modo de transmisión de los componentes celulares sometidos a carga y descarga en herméticamente selladobolsas transparentes a los rayos X, sin tener que detener la operación para la adquisición de datos. Como resultado, los cambios estructurales de los electrodos se pueden observar como "instantáneas en el tiempo", como los ciclos celulares, y mucho más información se pueden obtener que con las técnicas convencionales.
Espectroscopia de absorción de rayos X (XAS), también conocida como rayos X Absorción Fine Structure (XAFS) proporciona información sobre la estructura electrónica y geométrica local de materiales a veces. En experimentos XAS, la energía del fotón es sintonizado a los bordes de absorción características de los elementos específicos que se investigan. Más comúnmente para materiales de la batería, estas energías corresponden a los bordes (K-orbitales 1s) de los metales de transición de interés, pero XAS suaves experimentos sintonizados a O, F, C, B, N y L de los bordes 2,3 de primera fila metales de transición también a veces se llevan a cabo en muestras ex situ 5. Los espectros generados por experimentos XAS se puede dividir en varios distregiones INCT, que contienen información diferente (ver Newville, M., Fundamentos de XAFS, http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf ). La característica principal, que consiste en el borde de absorción y se extiende alrededor de 30-50 eV más allá es la absorción de rayos X Cerca de estructura de borde región (XANES) e indica el umbral de ionización a Continuum estados. Este contiene información sobre el estado de oxidación y química de coordinación del absorbedor. La parte de energía más alto del espectro se conoce como la de rayos X estructura extendida Absorción fina (EXAFS) región y corresponde a la dispersión de la fotoelectrones expulsado de los átomos vecinos. Análisis de Fourier de esta región da corto alcance información estructural tales como longitudes de enlace y el número y tipos de iones vecinos. Preedge cuenta por debajo de la characteristtambién aparecen a veces las energías de absorción ic de algunos compuestos. Surgen de dipolo transiciones electrónicas prohibidas para vaciar los estados consolidados para geometrías octaédricas o dipolo permitidos efectos de hibridación orbital en los tetraedros y, a menudo se pueden correlacionar con la simetría local del ion absorbe (por ejemplo, si se trata de tetraédricamente o octaédricamente coordinada) 6.
XAS es una técnica particularmente útil para el estudio de sistemas metálicos mixtos tales como los CMN para determinar estados iniciales redox y que los iones de metales de transición se someten durante los procesos redox deslitiación y de litiación. Los datos sobre varios metales diferentes se pueden obtener con rapidez en un solo experimento y la interpretación es relativamente sencilla. Por el contrario, la espectroscopia Mössbauer se limita a sólo unos pocos metales utilizados en materiales de la batería (sobre todo, de Fe y Sn). Si bien las mediciones magnéticas también se pueden usar para determinar los estados de oxidación, los efectos de acoplamiento magnéticos pueden complicacionesinterpretación te particularmente para los óxidos complejos, como el CMN.
Bien planificadas y ejecutadas-in situ y ex situ y XRD sincrotrón experimentos XAS proporcionan información complementaria y permiten una visión más completa que se forme de los cambios estructurales que ocurren en materiales de electrodo durante el funcionamiento normal de la batería de la que puede obtenerse a través de técnicas convencionales. Esto, a su vez, da una mayor comprensión de lo que gobierna el comportamiento electroquímico de los dispositivos.
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Protocol
1. Planificación de experimentos
- Identificar los experimentos de línea de haz de interés. Refiérase a las páginas web de la línea de haz como guías. Para SSRL XAS y DRX, éstos are: http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-1/ and http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-3/ and http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl11-3/
- Póngase en contacto con el científico de línea de haz y discutir los detalles del experimento.
- Compruebe los plazos y requisitos de las propuestas por ir a la página web correspondiente.
- Redactar propuesta de tiempo de haz y presente.
- Después de la propuesta que se ha marcado, el tiempo de haz horario.
- Siga las instrucciones proporcionadas por la facilidad para prepararse para el tiempo de la viga. Tenga en cuenta los detalles del experimento, transporte de materiales (especialmente de los aparatos que contienen metales alcalinos) y equipos y problemas de seguridad. El entrenamiento de seguridad se requiere generalmente para los nuevos usuarios.
2. Preparación de los materiales, electrodos y celdas
- Sintetizar u obtener material activo de interés.
- Caracterizar el material por difracción convencional de polvo de rayos X, usando los pasos 2.2.1-2.2.9.
- Moler en polvo y el tamiz para garantizar una distribución uniforme del tamaño de partícula.
- Cargue la muestra en el soporte de la muestra. Retire la placa trasera del soporte y colóquelo sobre un portaobjetos de vidrio. Rellene la cavidad con el polvo, luego coloque la placa trasera, soporte de tapa y quitar la diapositiva. Esto asegura que el polvo es incluso con la superficie del soporte y que la superficie es plana.
- Acceda a cuaderno de bitácora para el difractómetro.
- Inserte soporte de muestra en el difractómetro y alinear.
- Cierre las puertas del difractómetro.
- Utilizando el programa de recopiladores de datos en el ordenador conectado a la caceroladifractómetro alytical, aumento de tensión y corriente en los valores adecuados para la medición. Seleccione rendijas y máscaras de haz para el experimento. Seleccionar o modificar el programa de exploración.
- Programa y el nombre del archivo de datos de inicio. Bloquee las puertas del difractómetro deslizando insignia cuando se le solicite por el programa. Recopilar datos.
- Analizar el patrón mediante el programa de puntuaciones altas. En particular, busca la presencia de impurezas (reflexiones adicionales) y si el patrón coincide con el de los materiales de referencia o patrones calculados.
- Quitar la muestra del difractómetro. Baje puertas de corriente y tensión, y se cierran. Cierre la sesión, señalando cualquier condición inusual.
- Obtener micrografías electrónicas de barrido para evaluar morfologías de partículas, utilizando pasos 2.3.1-2.3.10.
- Preparar la muestra adjuntando cinta de carbono a un trozo de aluminio y rociar polvo de la muestra sobre el lado pegajoso. Prueba del magnetismo mediante la celebración de un imán de la cocina sobre la muestra.
- Introduzca la muestra en la cámara de SEM con airlock.
- Una vez establecido el vacío, gire voltaje de aceleración en.
- En el modo de bajo aumento, ajustar el contraste y el brillo. Esto se hace más convenientemente usando el botón ACB.
- Encontrar área de interés mediante el escaneo manualmente en las direcciones x e y.
- Cambie a la SEM o modos de haz suave si se desea un aumento mayor. Seleccione detector que desee y establecer la distancia de trabajo en los valores adecuados para el experimento.
- Ajuste el contraste y el brillo con la perilla ACB.
- Enfoque la imagen con el control de fase z.
- Alinear viga, corregir el astigmatismo y enfoque utilizando x y las perillas y.
- Tome fotografías si lo desea, con el botón de la foto, y guardar en la carpeta correspondiente en el ordenador.
- Cuando haya terminado, apague voltaje de aceleración. Mueva la muestra para el intercambio de posición y retirar de la cámara a través de la esclusa.
- Llevar a cabo el análisis elemental por ICP si es necesario, y caracterizar materiales con cualquier otras técnicas deseadas, tales como IRo espectroscopia Raman.
- Fabrique electrodos, usando pasos 2.5.1-2.5.8.
- Hacer una solución de 5-6% (en peso) de fluoruro de polivinilideno (PVDF) en N-metilpirrolidinona (NMP).
- Mill material junto activa y aditivo conductor (negro de acetileno, grafito, etc.).
- Añadir la solución de NMP desde el paso 2.3.1 para secar el polvo desde el paso 2.3.2 y mezclar. Las proporciones varían dependiendo de la naturaleza del material activo, pero una composición final en seco de 80:10:10 (material activo: PVDF: aditivo conductor) es común.
- Usando una cuchilla y (opcionalmente) una mesa de vacío, echar lodo sobre un electrodo colector de corriente de Al o Cu. Carbono recubierto Al foil puede ser utilizado para materiales de cátodo de la batería de ion-litio y todos los materiales de los electrodos de ión Na y Cu lámina se utiliza para materiales de ánodo de iones de litio.
- Permitir electrodos se seque al aire.
- Electrodos secos aún más utilizando una lámpara IR, plato caliente, o en un horno de vacío.
- Cortar o punzón electrodos al tamaño necesario. Pesar electrodas.
- Traslado electrodos a una atmósfera inerte guantera. Se recomienda una etapa de secado adicional utilizando una antecámara climatizada de vacío unida a la guantera para eliminar toda la humedad residual.
- Montar dispositivos electroquímicos (generalmente células de la moneda, pero otras configuraciones se pueden utilizar para la caracterización electroquímica) para la caracterización inicial, muestras ex situ, y / o experimento línea de luz, usando pasos 2.6.1-2.6.7.
- Reúna todos los componentes necesarios en la atmósfera inerte guantera.
- Corte de litio o papel de aluminio de sodio al tamaño deseado.
- Cortar separador microporoso al tamaño deseado.
- Componentes de capa en este orden en el dispositivo: electrodos, separadores, solución electrolítica, y Li Na o papel de aluminio.
- Añadir espaciadores y arandelas onduladas, según sea necesario.
- Junta de la celda utilizando una prensa de tipo botón.
- Para los experimentos de DRX situ, adjuntar fichas para cada lado de la célula de la moneda y sellar el dispositivo en la bolsa de poliéster.
- Realizar el ensayo electroquímico para la caracterización inicial o ex situ, utilizando pasos 2.7.1-2.7.6.
- Conecte los conductores del potenciostato / galvanostato o cicladora para dispositivo y medir el potencial de circuito abierto.
- Escribe programa para el experimento electroquímico deseado o seleccione un programa de archivado.
- Ejecutar experimento y recopilar datos.
- Para los experimentos ex situ, desmontar el dispositivo en la guantera, teniendo cuidado de no es de corto circuito. Para pilas de botón, utilice una herramienta o alicates envueltos con cinta de teflón desensamblador de tipo botón.
- Enjuague los electrodos con carbonato de dimetilo para eliminar la sal electrolito residual. Deje que se seque.
- Electrodos de cubierta para estudio ex situ con papel de Kapton para experimentos de difracción de rayos X o cinta adhesiva para XAS y guardar en la guantera hasta que se llevó a cabo el experimento.
- Los polvos destinados para su estudio por XAS deben ser tamizados para asegurar el tamaño de partícula homogéneaneidad. Luego pueden ser rociados en varios pedazos de cinta adhesiva. Una serie de muestras puede entonces ser preparado por el apilamiento progresivamente más numerosas piezas de la cinta en polvo juntos. Esto es particularmente útil si el usuario tiene incertidumbre acerca de la cantidad de polvo necesaria para la señal óptima.
- Alternativamente, polvos para mediciones XAS se pueden diluir con BN si el usuario está seguro de lo que se traducirá en la señal óptima.
3. Realización de experimentos en la Instalación de Sincrotrón
- Varios días antes del experimento es comenzar, el transporte Plan de materiales y equipos para la instalación.
- Para los dispositivos que contienen ánodos de metales alcalinos, se requiere de envío para evitar los peligros asociados con el transporte en vehículos particulares o públicos.
- Equipos como galvanostato / potenciostatos portátiles y los ordenadores portátiles y las muestras no peligrosas tales como electrodos de trabajo ex situ puede ser brought a la instalación por parte del individuo que lleva a cabo los experimentos en cualquier forma conveniente.
- Llegada y registro en la instalación.
- Por tanto in situ como ex situ experimentos de DRX, tener un patrón de referencia de LaB 6 con fines de calibración.
- Póngase en contacto con la línea de luz y de personal científico para obtener instrucciones.
- Calibrar haz de encontrar condiciones haz de la derecha.
- Medir el patrón de referencia de LaB 6.
- Para los experimentos de DRX situ, creada dispositivo y comenzar experimento siguientes pasos 3.4.1-3.4.6.
- Inserte bolsa en placas de presión de Al y asegurar que los agujeros están alineados correctamente para permitir que el haz de rayos X a transmitir.
- Encuentra la posición óptima de la luz y el tiempo de exposición. La exposición prolongada puede llevar a la sobresaturación. Decidir si la muestra se sacudió o estacionario.
- Tome patrón inicial antes de que se inicie la electroquímica.
- Conecte los cables de galvanostat / potenciostato al dispositivo.
- Comience experimento electroquímica.
- Obtener datos. Una vez que el experimento está en marcha la recolección de datos es automática, y el usuario sólo tendrá que supervisar para asegurarse de que el experimento va según lo previsto.
- Configure experimentos XAS.
- El check in y ponerse en contacto con la línea de luz y de personal científico para obtener instrucciones.
- Inserte la muestra y el material de referencia de aluminio (según el metal que se está midiendo, por ejemplo Ni para el borde Ni K).
- Alinear muestra.
- Determinar la energía de borde metálico específico utilizando Hefesto de IFEFFIT. Monocromador Tune, entonces de-tune en un 30% para eliminar los armónicos de orden superior. Cambie las ganancias para ajustar I 1 e I 2 offsets medida.
- A efectuar la medición. Dos o más exploraciones se deben tomar y se fusionaron para el elemento de interés.
- Repita los pasos 3.5.3 al 3.5.5 para elementos adicionales, según sea necesario.
4. DatosAnálisis
- Para el trabajo de DRX, calibrar la imagen de la LaB 6.
- Área de descarga Difracción Machine, que está disponible a través del código de Google ( http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
- Abra la imagen para LaB 6 de difracción y utilizar los valores de calibración iniciales del encabezado del archivo.
- Abra la Q de referencia los valores de las BAL 6 (= 2π / d).
- Calibre la imagen LaB 6 de difracción con los valores de Q y la estimación inicial de los valores de calibración.
- Obtener valores de calibración correctos mediante ajuste de la imagen.
- Guarde los valores de calibración en el archivo de calibración.
- Calibrar las imágenes de datos del experimento.
- Abra las imágenes de difracción del experimento.
- Abra el archivo de calibración del laboratorio 6 referencia (guardado en el paso 4.1.6).
- Abrir ªQ valores de referencia e (= 2π / d) de Al o Cu (colectores de corriente para los electrodos) y los utilizan como referencias internas.
- Calibrar las imágenes del patrón de ajuste de imagen.
- Integrar la imagen para Q vs Los datos de intensidad (análisis de línea).
- Modelos de ajuste utilizando el programa de ajuste deseado (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, etc.).
- Procesar los datos electroquímicos usando cualquier programa de trazado conveniente (Excel, Origen, KaleidaGraph, Igor, etc.).
- Para los datos XAS, utilice Artemis / ATHENA en el paquete de software IFEFFIT para su análisis.
- Calibre de datos utilizando el primer pico en la derivada de los espectros de absorción de los metales de referencia.
- Fusionar como exploraciones.
- Reste fondo y normalizar los datos.
- Utilice la función AUTOBK aislar los datos EXAFS.
- Transformada de Fourier de los datos EXAFS.
- Utilice un ajuste de mínimos cuadrados de los espectros de Fourier transformada en R o k espacio para extraer structurainformación l.
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Representative Results
La Figura 2 muestra una secuencia típica utilizada para un experimento in situ. Después de la síntesis y caracterización de polvos de material activo, electrodos compuestos se preparan a partir de suspensiones que contienen el material activo, un aglutinante tal como fluoruro de polivinilideno (PVDF) y aditivos conductores tales como negro de carbono o grafito suspendido en N-metilpirrolidinona (NMP), se deposita sobre ya sea aluminio o cobre de aluminio de captación de corriente. El aluminio se utiliza para cátodos de baterías de iones de litio y todos los electrodos de la batería de iones de sodio, y el cobre se utiliza para ánodos de las baterías de iones de litio. Después de que los electrodos se secan, corte, y se pesaron, las células se ensamblan en una atmósfera inerte guantera utilizando separadores microporosos, las soluciones electrolíticas adecuadas y electrodos negativos que consisten de cualquiera de Li o Na láminas. Estos componentes se sellan herméticamente en una bolsa protectora, hecha de poliéster, que impide la entrada de aire y es razonablemente X-ray transparente. El aluminio y ellengüetas de níquel se utilizan para hacer contactos eléctricos a los electrodos positivos y negativos, respectivamente. El Al fichas se sueldan ultrasónicamente a los colectores de corriente de cátodo, mientras que el metal blando Li o Na utilizado como ánodo simplemente se presiona alrededor de la pestaña Ni para hacer contacto. Para mantener la presión, la célula de la bolsa es comprimido entre dos placas de metal con agujeros de 2 mm cortada en ellos para permitir la transmisión de los rayos X. Contacto deficiente entre los componentes de la célula puede resultar en altas sobretensiones y de corte prematuro, particularmente si límites de tensión no se ajustan para acomodar el sobrepotencial adicional encontrado en esta configuración. La presión excesiva, por otra parte, puede causar un corto circuito de células y el fracaso del experimento. Mejor control de la presión se consigue cuando los componentes se ensamblan en una primera célula de la moneda con pequeños agujeros perforados en las carcasas y los espaciadores, que luego se sella dentro de la bolsa de protección después de lengüetas se adjuntan. Arandelas y espaciadores de onda se utilizan para llenar cualquier extvolumen de la AR en el dispositivo, mantener la presión, y asegurar un buen contacto entre los componentes.
Un potenciostato / galvanostato y ordenador portátil portátil de pequeño tamaño se utiliza para realizar el experimento electroquímico y recopilar datos en la línea de haz. Un ciclo de carga-descarga suele durar alrededor de 20 horas en completarse. El ciclo se realiza generalmente galvanostáticamente (es decir, el uso de corriente constante) entre límites de voltaje preseleccionado. La muestra puede o bien mantenerse estacionario, se meció (izquierda / derecha o arriba / abajo) o gira alrededor del eje del haz de la línea de luz. Las ventajas de los dos últimos son que los resultados se obtienen en un área algo mayor del electrodo, se reducen al mínimo los efectos de la orientación preferida de electrodos que contienen pólvora, y las estadísticas de conteo se mejoran.
Los patrones de difracción de rayos X de anillo de transmisión (véase la Figura 2, paso 5) se puede obtener en aproximadamente 10 segundos, con un tiempo de lectura de datos de alrededor de 1-2 minutos. Integración opatrones de imagen f calibrados rinde exploraciones de línea (intensidad vs Q). Línea de haz 11-3 en el Stanford Synchrotron Radiation luminosa utiliza un único Si (311) monocromador, la generación de una longitud de onda incidente de aproximadamente 0,97 Å (12.735 eV), a pesar de las fluctuaciones de energía en el orden de unos pocos eVs (~ 0,01%), debido principalmente al ciclo diurno (fluctuaciones diarias de temperatura) se observan a menudo en el curso de las largas mediciones de carga y descarga. Por lo tanto, la calibración de imagen para cada exploración es fundamental para de-enrollar los cambios en el patrón de difracción. La calibración se realiza con el software de la máquina Area Difracción desarrollado en conjunto con la línea 11-3 viga ( http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
La figura 3 muestra en los datos de difracción de rayos X in situ obtenidos en un Li / Li x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05] O 2 x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05] O 2 material activo están marcados en los patrones. Debido a que los parámetros de la celda unidad cambian como una función de x (contenido de Li), picos debido a esta fase y el colector de corriente de Al se superponen en algunos de los patrones. La interferencia de los componentes de la célula presenta desafíos significativos tanto para el perfecto sustracción de fondo y refinamiento Rietveld de la totalidad de los patrones de difracción. Para evitar este problema, fondos se restaron manualmente, y una limitaciónted conjunto de picos que no se superponen con los componentes celulares fueron seleccionados para la instalación. Parámetros de la celda unidad en varios estados de carga se calcularon posteriormente por un refinamiento de mínimos cuadrados usando las posiciones de los picos disponibles y la CelRef programa ( http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm ). El grado en que los componentes de la célula interfieren en los patrones obtenidos a partir de experimentos in situ varían dependiendo de la naturaleza del material en estudio, y estos problemas no siempre se encuentran. En ese caso, cualquier refinamiento conveniente o programa de ajuste pueden ser utilizados para analizar los datos (GSAS, PowderCell, RIQAS, FULLPROF, etc.).
Por falta de tiempo, a veces es preferible llevar a cabo experimentos de DRX sincrotrón ex situ. Obviamente, no es práctico realizar varios ciclos durante un largo tiempo en la línea de luz, por ejemplo. En lugar de ello, los electrodos pueden ser removed a partir de células sometidas a ciclos, se enjuaga con disolvente para eliminar la sal electrolito residual, se secó, y cubierta con la película de Kapton para proporcionar una protección de aire, para su posterior examen. Además, puede ser útil para el estudio de unos electrodos en diferentes estados de carga de cosechado de células electroquímicas, para dar una idea de qué esperar de un más involucrados en el experimento in situ realizadas posteriormente. Estos experimentos son mucho más simples de realizar y mucho menos tiempo; varias muestras por lo general se pueden ejecutar en una hora. Un beneficio adicional para el trabajo ex situ es la ausencia de la mayoría de los componentes de la célula de interferencia, aunque están por lo general todavía observaron señales desde el colector de corriente, aglutinante y aditivos conductores y el propio Kapton contribuye a la de fondo. Advertencias para el trabajo ex situ son que el lavado y el almacenamiento a largo o indebido pueden cambiar o degradar la muestra. En el peor de los casos, los datos obtenidos ex situ no pueden incluso proporcionar información relevanteDebido a estos problemas. Si se mantiene la debida precaución, sin embargo, el trabajo ex situ puede aún ser de algún valor, a pesar de la observación directa de los procesos que utilizan en configuraciones situ es claramente la opción más deseable siempre que las limitaciones de tiempo lo permiten.
Debido a que los experimentos son XAS-elemento específico, la interferencia de otros componentes de la célula que el material del electrodo de interés no son tan problemáticos como con DRX (suponiendo que el hardware de células no contiene los metales de interés). Sólo un borde de absorción (elemento) puede medirse a la vez, sin embargo. Mientras que el cambio a una nueva energía toma sólo unos segundos, afinación, cambio de ganancias y las compensaciones en las cámaras de ionización, el cambio de las láminas de referencia, y la purga con gas puede tomar hasta un máximo de diez minutos. El cambio de un elemento a otro durante una corrida en situ puede resultar en una pérdida de datos. Datos significativos EXAFS pueden ser difíciles de obtener durante el trabajo in situ, debido a que la estructuraUral cambios que se están produciendo a menudo tienen constantes de tiempo similares a las de los propios mediciones. Otra consideración es que las líneas de haz XAS están a veces muy suscritas, lo que significa un tiempo limitado para cada usuario. Por estas razones, es generalmente más práctico para llevar a cabo experimentos de XAS en muestras ex situ en lugar de realizar el trabajo in situ (aunque véase la referencia 7 para un ejemplo de trabajo in situ). La obtención de datos sobre las muestras ex situ puede tardar desde unos pocos minutos a una hora, dependiendo de cuántos elementos están siendo estudiados y la instalación en la que el trabajo se lleva a cabo. Durante cada medición de borde, una lámina metálica similar (por ejemplo, Ni, Mn o Co) del espectro debe ser registrada para referencia energético. Esto se lleva a cabo simultáneamente con la medición de la muestra. Además, el usuario puede desear grabar datos sobre materiales de referencia que contienen los metales de interés con estados de oxidación conocidos, por separado, en particular si redox inusualestados están involucrados en la electroquímica. Por ejemplo, Li 3 MnO 4 se utilizó como una referencia para un estudio reciente de una serie de manganeso de litio materiales de electrodo oxinitruro para verificar la presencia de tetraédricamente coordinados Mn + 5. 8
La mayoría de los experimentos XAS dirigidas hacia el estudio de los procesos a granel en materiales de electrodo se ejecutan en modo de transmisión, que es adecuado cuando las concentraciones molares de los elementos de interés son por encima de aproximadamente 5-10% ( http://xafstraining.ps.bnl.gov ). Se obtienen los mejores resultados cuando el espesor de la muestra, x, se ajusta de modo que μx <3 por encima del borde de absorción. Si el coeficiente de absorción (μ) no se sabe (por ejemplo, para materiales complejos, que incluye muchos materiales de los electrodos de la batería), puede ser útil comenzar con una pequeña cantidad de polvo de espolvorear sobre el lado adhesivo de un pedazo de cinta adhesiva. Unoo más piezas adicionales de cinta adhesiva en polvo se pueden unir a la original para aumentar la señal hasta el punto donde se obtiene la respuesta óptima (típicamente, correspondiente a una longitud de absorción). Para los materiales de los que se conoce el coeficiente de absorción, la muestra se puede diluir con BN de manera que se obtiene la absorción correcta en un espesor dado.
En SSRL, Ni, Mn y Co K-bordes se pueden estudiar en línea del haz 4,1, mientras que los bordes de Ti y S son investigados en la línea del haz 4.3. Desafinación del monocromador de cristal doble en alrededor de 30% elimina los armónicos de orden superior. La calibración se lleva a cabo utilizando el primer pico en la derivada de los espectros de absorción de los metales de referencia. Exploraciones duplicadas se pueden ejecutar y se fusionaron después de la alineación para mejorar la calidad de los datos. Artemis / Athena desde el paquete IFEFFIT software se utilizan para el análisis 9. Después de la fusión como-scans, la contribución del fondo se resta y los datos se normalizó. EXAFS data se aísla mediante la función AUTOBK, y se transforma de Fourier. Mínimos cuadrados ajuste al espectro de Fourier transformada en R o k espacio se utiliza para extraer información estructural. Un ejemplo de datos XAS, tomadas en el borde Mn K, se muestra en la figura 2, paso 5 y las regiones XANES y EXAFS están marcados en el espectro.
Figura 1. Esquema de una batería Li-ion con un ánodo de grafito y en capas de descarga sometido cátodo de óxido de metal. Utilizado con permiso de la referencia 3.
Figura 2. Secuencia típica de un experimento in situ. Pasos incluyen 1) la preparación y caracterización de la muestra, 2) preparación de electrodos compuestos, 3) de montaje de la bolsacélulas, 4) Puesta en marcha de un experimento in situ en la línea de luz, y 5) la adquisición y análisis de datos.
Figura 3. Exploraciones de línea obtenida mediante la integración de las exploraciones de imagen en un Li / Li x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05] célula que sufre la carga de O 2 (negro) y descarga (verde). Reflexiones atribuirse al colector de corriente Al y componentes celulares poliméricos (bolsa y el separador microporoso) están marcados con puntos azules y rojos, respectivamente.
Tabla 1. Tabla de Materiales.
Tabla 2. Tabla de máquina.
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Discussion
El análisis de los datos indica que XANES as-hizo LiNi x Co 1-2x Mn x O 2 (0.01 ≤ x ≤ 1) compuestos contienen Ni 2 +, 3 + Co y Mn 4 +. 10 Un estudio reciente in situ XAS en LiNi 0.4 Co 0,15 Al 0,05 Mn 0,4 O 2 mostró que Ni 2 + se oxida a Ni 3 + y, en última instancia, Ni 4 + durante deslitiación, pero que los procesos redox que implican Co 3 + contribuyó una cierta capacidad, incluso en estados-de-carga es baja, contrariamente a los supuestos anteriores 7. Otro estudio con las composiciones de baja cobalto, LiNi 0.45 Co 0.1-y Al y Mn 0,45 O 2, también indicó que era Co electroactivos en las primeras etapas de deslitiación 11.
Sincrotrón DRX 12 y XAS 11 estudios de una serie de CMN con la composición LiNi 0.45 Mn 0,45 Co 0,1-y Al y O 2 (0 ≤ y ≤ 0,1) han dado ideas sobre la mejora del rendimiento electroquímico de las variantes sustituidas Al-. Análisis de los patrones de difracción de rayos X de sincrotrón de alta resolución obtenidos sobre los polvos prístinas indicó que el material de y = 0.1 exhibe una distorsión monoclínica ligero, no discernibles en los patrones de difracción de rayos X en polvo convencionales. Para aliviar la tensión en los planos de metales de transición, que consisten de octaedros de borde compartido que contiene un metal con diferentes distancias MO equilibrio, de pedido de escala local se produce, lo que resulta en la distorsión. La distorsión de la tensión para aliviar fue confirmado por un examen detallado de los datos EXAFS 11. Ciclismo electroquímico induce una tensión adicional, aunque los cambios observados en los datos EXAFS eran más pequeñas para electrodos que contienen al. En los experimentos de difracción de rayos X in situ en las células Li que contienen estos cátodos NMC indicaron que los cambios de celosía durante la carga de células (delithiation) eran más pequeñas para los materiales sustituidos de Al-que para la línea de base no sustituido. También se observaron menos cambios estructurales sobre ciclismo prolongado en los electrodos de Al-contienen.
Por sustitución de Al parcial también ha sido propuesto como un posible medio para estabilizar limno ortorrómbica 2 electrodos 13. Este material se convierte rápidamente de la estructura en capas de zig-zag original a espinela sobre ciclismo electroquímica, con un deterioro concomitante de las propiedades electroquímicas. Sin embargo, no se observó ningún efecto de estabilización durante en experimentos de difracción de rayos X in situ sobre un electrodo sustituido con 25% de Al, de hecho, se observaron las reflexiones atribuibles a la formación de espinela incluso durante la carga inicial de la célula 14.
El grado de ordenamiento de metal de transición en la espinela de alto voltaje con la composición nominal LiNi 0,5 Mn se espera 1.5 O 4 a afectar el perfil de voltaje y otracaracterísticas electroquímicas del material en las células que operan 15. En los materiales ordenados (grupo espacial P4 3 32), el Ni y Mn ocupan 4a y 12d sitios octaédricos, respectivamente, mientras que en las variantes desordenados (grupo espacial Fd3_m) los metales de transición están distribuidos al azar sobre octaédricos 16d sitios. Una comparación de los patrones de difracción de rayos X de sincrotrón obtenidos en dos muestras con diferentes grados de ordenación de metal de transición en un experimento in situ reveló comportamiento de fase muy diferente durante deslitiación procesa 16. El material desordenada exhibió una región amplia solución sólida durante el deslitiación inicial, con dos regiones de dos fases estrechas observados a altas estados-de-carga. La región de solución sólida era mucho más pequeña para el material pedido, y se observó la coexistencia de tres fases en una composición de alrededor de x = 0,3 en x Li Ni 0,5 Mn 1,5 O 4, flanqueado por dos pequeños de dos fases rEGIONES. Las diferencias en los comportamientos de fase, que se cree que es debido a las variaciones en los esquemas de ordenamiento de litio-de vacantes, se han propuesto como una explicación de las diferencias de capacidad de velocidad observadas entre ordenado y desordenado LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4. Contrariamente a lo esperado, sin embargo, el material más ordenado en referencia 16 lleva a cabo mejor en este sentido que la muestra desordenada. Esto se atribuyó a los efectos de la morfología; partículas de la muestra desordenada consistían en placas con (112) facetas expuestos, mientras que los del material pedido eran octaédrica con (111) facetas de superficie.
Además de pedidos y la morfología de los efectos, las características físicas y electroquímicas de LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 también dependen del porcentaje de impurezas y la cantidad de Mn 3 + presentes. Durante el procesamiento de alta temperatura utilizada durante la síntesis, se forma una impureza y la sal de roca de Ni-que contienealgunos Mn 4 + se reduce a Mn 3 + en la fase principal. Puede ser difícil de detectar pequeñas cantidades de la impureza sal de roca debido a pico de superposición en los patrones de difracción de rayos X, o para determinar su composición exacta, que varía con el tratamiento térmico. Análisis de Ni y Mn K datos de XANES de borde reveló la presencia de una cantidad significativa de impurezas de sal de roca que contiene tanto de Ni y Mn en una muestra hecha a 1.000 ° C 17.
Las técnicas descritas aquí fueron dirigidas hacia la comprensión de los procesos a granel en electrodos sometidos a carga y descarga. La suposición es que los cambios estructurales observados usando el tamaño de punto muy pequeño (por ejemplo, 0,15 mm x 0,15 mm en la línea de haz 11-3) para el experimento son típicos del electrodo como un todo. Esto es generalmente cierto para los electrodos y células bien hechos, utilizando las bajas densidades de corriente y relativamente largos tiempos de carga y descarga se ha descrito anteriormente. Ex situ resultados tienen también en generalLY sido obtenida en los electrodos en las células sometidas a la operación normal, que luego han sido objeto de equilibración. En algunas circunstancias, sin embargo, puede ser instructivo para obtener resultados en condiciones de no equilibrio para ganar la comprensión de los modos de fallo de electrodos de la batería durante el funcionamiento a altas densidades de corriente o en diversas condiciones de abuso. Distribuciones de carga no uniformes pueden ocurrir en estas situaciones, particularmente si los electrodos o las células son no optimizado. La falta de uniformidad puede resultar en áreas locales de sobrecarga o de descarga, causando la degradación estructural que finalmente resulta en una reducción del rendimiento y la seguridad del dispositivo. Una técnica microdifracción de rayos X de sincrotrón se ha utilizado recientemente para mapear la distribución de carga en LiFePO 4 electrodos cargados con altas tasas de 18. Aunque esto se lleva a cabo ex situ, la naturaleza de dos fases de la reacción LiFePO4 redox esencialmente impedido que la relajación de la distribución de carga una vez que el current se interrumpió. Para este experimento, los electrodos fueron parcialmente cargadas paso a analizar con un monocromática (6,02 keV) haz de rayos X y un patrón de difracción se recogieron para cada paso. Escaneado se llevó a cabo tanto perpendicular y paralelo al colector de corriente en los electrodos tomadas de células de la moneda parcialmente cargadas y células prismáticas. En ambos casos, se observó la distribución desigual de la carga, con la superficie de electrodos de la célula de la moneda más altamente cargadas que el material activo cerca del colector de corriente, y la parte más cercana a la pestaña de la más altamente cargada para el electrodo tomada de la pila prismática .
Estos resultados ilustran la importancia de un buen espacio, así como la resolución temporal en los experimentos de sincrotrón dirigidas hacia un entendimiento completo de funcionamiento de la batería. A medida que avanza sobre el terreno, se están desarrollando nuevas técnicas dirigidas a obtener imágenes materiales de electrodo en 3D. Un ejemplo de ello es el uso combinado de campo completo microscópica de rayos Xpy (TXM) con XANES a seguir los cambios químicos y morfológicos en electrodos NiO, ya que fueron sometidos a la conversión de Ni y Li 2 O durante la descarga de la pila 19. Un desafío particular para estos experimentos, sin embargo, puede ser el manejo de la gran cantidad de datos que se genera.
Nuevas configuraciones de dispersión de rayos X de alto rendimiento inelásticas también se han utilizado recientemente para obtener detalles más precisos sobre el funcionamiento de materiales de la batería. Los ejemplos incluyen un XAS combinados suaves (Fe L-borde) y el estudio de dispersión de rayos X dura Raman de LiFePO4 electrodos, hechos ex situ 20. Este último combina las ventajas de una técnica de rayos X duros (por ejemplo, la capacidad para investigar los fenómenos a granel y, finalmente, para llevar a cabo experimentos in situ bajo una variedad de condiciones) con la sensibilidad asociada con suave de rayos X XAS, y se puede utilizar para z elementos bajo tales como carbono y oxígeno 21. Antiresonante scatterin de rayos X inelásticag (Nixs) también se ha utilizado para medir el litio y oxígeno K-bordes de Li 2 O 2 (el producto de descarga de las baterías de litio / aire con electrolitos orgánicos), lo que resulta en una mejor comprensión de su estructura 22. La sensibilidad de Nixs se presta particularmente bien para situaciones en las que se encuentran de materiales poco cristalinos (tales como en baterías sometidos a la descarga).
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Disclosures
Los autores tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo es apoyado por el Subsecretario de Eficiencia Energética y Energía Renovable, Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía de los EE.UU. bajo el Contrato No. DE-AC02-05CH11231. Algunas partes de esta investigación se llevaron a cabo en el Stanford Synchrotron Radiation luminosa, una Dirección de SLAC National Accelerator Laboratory y una Oficina de Ciencia Facilidad de uso operado por la Oficina del Departamento de Energía de EE.UU. Ciencias por la Universidad de Stanford. El Programa de Biología Molecular Estructural SSRL es apoyada por la Oficina de la GAMA de la investigación biológica y ambiental, y por los Institutos Nacionales de Salud, Centro Nacional para Recursos de Investigación, Programa de Tecnología Biomédica (P41RR001209).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Inert atmosphere glovebox | Vacuum Atmospheres | Custom order, contact vendors | Used during cell assembly and to store alkali metals and moisture sensitive components. (http://vac-atm.com) |
| Inert atmosphere glovebox | Mbraun | Various sizes (single, double) available, many options such as mini or heated antechambers oxygen/water removal systems, shelving, electrical feedthroughs, etc. (http://www.mbraunusa.com) | |
| X-ray powder diffractometer (XRD) | Panalytical | X'Pert Powder | X'Pert is a modular system. Many accessories available for specialized experiments. (www.panalytical.com) |
| X-ray powder diffractometer (XRD) | Bruker | Bruker D2 Phaser | Bruker D2 Phaser is compact and good for routine powder analyses. (www.bruker.com) |
| Scanning Electron Microscope (SEM) | JSM7500F | High resolution field emission scanning electron microscope with numerous customizable options. JEOL (http://www.jeolusa.com) Low cost tabletop versions also available. Contact vendor for options. | |
| Pouch Sealer | VWR | 11214-107 | Used to seal pouches for in situ work. (https://us.vwr.com) |
| Manual crimping tool | Pred Materials | HSHCC-2016, 2025, 2032, 2320 | Used to seal coin cells. Match size to coin cell hardware. (www.predmaterials.com) |
| Coin cell disassembling tool | Pred Materials | Contact vendor | Used to take apart coin cells to recover electrodes for ex situ work. Needlenose pliers can also be used. Cover ends with Teflon tape to avoid shorting cells. (www.predmaterials.com) |
| Film casting knives | BYK Gardner | 4301, 4302, 4303, 4304,4305,2325, 2326,2327,2328, 2329 | Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (https://www.byk.com) |
| Doctor blades, Baker applicators | Pred Materials | Baker type applicator and doctor blade. Film casting knives also available. | Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (www.predmaterials.com) |
| Automatic film applicator | BYK Gardner | 2101, 2105, 2121, 2122 | Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (https://www.byk.com) |
| Automatic film applicator | Pred Materials | Contact vendor | Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (www.predmaterials.com) |
| Potentiostat/Galvanostat | Bio-Logic Science Instruments | VSP | Portable 5 channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (http://www.bio-logic.info) |
| Potentiostat/Galvanostat | Gamry Instruments | Reference 3000 | Portable single channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (www.gamry.com) |
| The Area Diffraction Machine | Free download | Used for analysis of 2D diffraction data. Mac and Windows versions available. http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ | |
| IFEFFIT | Free download | Suite of interactive programs for XAS analysis, including Hephaestus, Athena, and Artemis. Available for Mac, Windows, and UNIX. http://cars9.uchicago.edu/ifeffit/ | |
| SIXPACK | Free download | XAS analysis program that builds on IFEFFIT. Windows and Mac versions. http://home.comcast.net/~sam_webb/sixpack.html | |
| CelRef | Free download | Graphical unit cell refinement. Windows only. http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm and http://www.ccp14.ac.uk/ccp/web-mirrors/lmgp-laugier-bochu/ | |
| Reagent/Material | |||
| Electrode active materials | various | Synthesized in-house or obtained from various suppliers. | |
| Synthetic flake graphite | Timcal | SFG-6 | Conductive additive for electrodes. (www.timcal.com) |
| Acetylene black | Denka | Denka Black | Conductive additive for electrodes. (http://www.denka.co.jp/eng/index.html) |
| 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) | Sigma-Aldrich | 328634 | Used to make electrode slurries. (www.sigmaaldrich.com) |
| Al current collectors | Exopack | z-flo 2650 | Carbon-coated foils. Coated on one side. (http://www.exopackadvancedcoatings.com) |
| Al current collectors | Alfa-Aesar | 10558 | 0.025 mm (0.001 in) thick, 30 cm x 30 cm (12 in x 12 in), 99.45% (metals basis), uncoated (http://www.alfa.com) |
| Cu current collectors | Pred Materials | Electrodeposited Cu foil | For use with anode materials for Li-ion batteries. (www.predmaterials.com) |
| Lithium foil | Rockwood Lithium | Contact vendor | Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (www.rockwoodlithium.com) |
| Lithium foil | Sigma-Aldrich | 320080 | Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (www.sigmaaldrich.com) |
| Sodium ingot | Sigma-Aldrich | 282065 | Anodes for half cells. Can be extruded into foils. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He only. (www.sigmaaldrich.com) |
| Electrolyte solutions | BASF | Selectilyte P-Series contact vendor | Contact vendor for desired formulations. (http://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes) |
| Dimethyl carbonate (DMC) | Sigma-Aldrich | 517127 | Used to wash electrodes for ex situ experiments. (www.sigmaaldrich.com) |
| Microporous separators | Celgard | 2400 | Polypropylene membranes (http://www.celgard.com) |
| Coin cell hardware (case, cap, gasket) | Pred Materials | CR2016, CR2025, CR2320, CR2032 | Match size to available crimping tool, Al-clad components also available. (www.predmaterials.com) |
| Wave washers | Pred Materials | SUS316L | (www.predmaterials.com) |
| Spacers | Pred Materials | SUS316L | (www.predmaterials.com) |
| Ni and Al pretaped tabs | Pred Materials | Contact vendor | Sizes subject to change. Inquire about custom orders. (www.predmaterials.com) |
| Polyester pouches | VWR | 11214-301 | Used to seal electrochemical cells for in situ work. Avoid heavy duty pouches because of strong signal interference. (https://us.vwr.com) |
| Kapton film | McMaster-Carr | 7648A735 | Used to cover electrodes for ex situ experiments, 0.0025 in thick (www.mcmaster.com) |
| Helium, Argon and 4-10% hydrogen in helium or argon | Air Products | contact vendor for desired compositions and purity levels | Helium or argon used to fill glovebox where cell assembly is carried out and alkali metal is stored. (http://www.airproducts.com/products/gases.aspx) |
| Do not use nitrogen because it reacts with lithium. Use only helium if sodium is being stored. Purity level needed depends on whether the glovebox is equipped with a water and oxygen removal system. Hydrogen mixtures needed to regenerate water/oxygen removal system, if present or any other suitable gas supplier |
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References
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