Summary
여기, 우리는 제조 및 현장에서 전송 전자 현미경 관찰, 전극 재료 및 전기 화학 배터리 셀 테스트 합성 함께 그래 액체 셀의 준비에 대 한 프로토콜을 제시.
Abstract
이 작품에서는, 우리는 전극 재료 및 두 개의 그래 핀 시트와 전기를 사용 하 여 1 차원 nanostructures의 손쉬운 합성 유기 액체 전해질 캡슐화 그래 액체 셀 (GLCs)의 준비를 소개 합니다. GLC는 전극 재료의 lithiation 역학에 대 한 전송 전자 현미경 (TEM) 제자리에 있습니다. 제자리에 GLC 편 전자 빔을 사용 하 여 이미징 및 lithiation 수 있는 현실적인 배터리 전해질 뿐만 아니라 다양 한 형태학의 고해상도 영상 활용, 단계, 그리고 계 전환.
Introduction
최근, 에너지의 소비는 지속적으로 증가, 높은-성능 에너지 저장 장치의 중요성 뿐만 아니라. 이러한 수요는 높은 에너지 밀도가 리튬-이온 배터리의 개발을 충족 하기 위해 내구성, 그리고 안전은 필요한1,2입니다. 우수한 특성을 가진 배터리를 개발 하기 위해서는 배터리 작업 동안 에너지 저장 메커니즘의 근본적인 이해는 필수3,,45.
전송 전자 현미경 (TEM) 제자리에서 배터리3의 작업 중 구조 및 화학 정보를 보여줄 수 있는 풍부한 통찰력을 제공 합니다. 기법으로 많은 현장에서 가장, GLCs 나노6,7,,89,10,11 lithiation 역학의 관측을 위해 사용 되었습니다. ,12. 가장 열6,7에서 높은 진공 내부 액체의 증발을 방지 하 여 실제 전극/전해질 인터페이스를 제공 하는 두 개의 그래 핀 막에 의해 봉인 액체 주머니 GLCs에 의하여 이루어져 있다. GLCs의 장점은 그들은 수 있도록 우수한 공간 해상도 높은 이미징 대조 액체 막13,14,15 씰링으로 전자 투명 monatomic 두꺼운 그래 핀을 채택 하기 때문에 ,16. 또한, 기존의 가장 가장 비싼 제자리에 홀더를 사용 하지 않고 배터리 반응을 관찰에 적용할 수 있습니다.
이 텍스트에서 어떻게 lithiation 반응 관찰 될 수 있다 GLCs. 구체적으로 소개 하 고 액체 전해질 내부 solvated 전자를 생산 하는 전자 빔 방사선 그들은 용 매 분자에서 Li 이온을 분리 하 여 lithiation를 시작.
GLCs는 또한 나노 재료와 나노6,9,11, 나노튜브의7,10,포함 하 여 다양 한 형태학의 직접적인 관찰을 허용 하 고도 가장 최적의 플랫폼으로 제공 다차원 자료12. 라 전 편 분석 실제 전기 화학 셀 테스트 후 전극 재료의, 함께 여기 GLC 시스템 기본 반응 기계 장치를 조사 하기 위해 사용할 수 있습니다 가능 하다.
GLCs의 원래의 전 실험 같은 이점, 소개 여기 자세한 실험 방법 연구자 비슷한 GLC 실험을 수행 하고자 합니다. 전형적인 1 차원 nanostructured 전극 재료, 2 프로토콜 커버 1) 주석 (IV) 산화물 (SnO2) 나노튜브의 합성) 전기 배터리 셀 테스트, GLC의 3) 준비 및 4) 실시간 가장의 성능 관찰입니다.
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Protocol
1. 전기 및 후속 열 처리17 여 SnO2 나노튜브의 합성
- 전기 솔루션을 준비 합니다.
- 1.25 g 에탄올 및 1.25 g dimethylformamide (DMF) 실 온 (RT, 25 ° C)에서 용 매 혼합물이 수화물 주석 염화의 0.25 g을 분해.
- 2 h 교 반, 후 전기 솔루션 polyvinylpyrrolidone (PVP)의 0.35 g을 추가 하 고 다른 6 h에 대 한 혼합물을 저 어.
- Sn 전조/PVP 복합 nanofibers의 전기를 수행 합니다.
- 전기 솔루션 준비가 잘 때 씻는 사각형, 유연한 스테인레스 스틸 (30 x 20.5 cm)와 이온 (DI) 물과 에탄올 2 배-5 배와 10 분 동안 60 ° C에서 건조.
- 10 mL 주사기 주사기의 한쪽을 차단 하 고 전기 솔루션 시키는 여 전기 솔루션 전송할 주사기에 흐름.
- 주사기에 25g 바늘을 연결 합니다.
참고: 다른 종류의 바늘 23 G와 17 G 바늘 같은 사용할 수도 있습니다. 이 프로토콜에 25g 바늘 표준 바늘으로 사용 됩니다. - 테이프와 드러 머에 말린된 유연한 스테인레스 스틸을 수정 합니다.
- 전기 컨트롤러 소프트웨어를 열고 전기 매개 변수 입력 (흐름 율: 5-20 µL·min-1, 솔루션의 총 금액: 3-15 mL) 전기 장치의 적절 한 기능에 대 한.
참고: 여기, 최적의 유량 10 µL·min-1 이며 솔루션의 총 금액은 5 mL. - 전기 장치에 25g 바늘 주사기를 해결 하 고, 다음, 테이프와 그것을 해결.
- 전기, 전에 전기 솔루션 25g 바늘 잘 흐르는 때까지 컬렉터 쪽으로 주사기를 누릅니다. 다음, 또한 수집기에 연결 된 양방향 악어 클립을 바늘의 끝을 연결 합니다.
- 롤러 (100 rpm)를 롤과 전기 프로그램 소프트웨어 시작.
- 전기 과정을 운영 하는 테일러 콘의 electrojetting 수 있도록 10-25 kV 사이그림 1(a) 전압 바이어스를 사용 하 여 적용된 전압을 조절.
참고: 여기, 최적의 적용된 전압은 16 kV.
- Sn 전조/PVP 복합 nanofibers calcination을 수행 합니다.
- 전기 과정을 마치면 면도칼으로 유연한 스테인레스 스틸로 늘인 nanofibers 다쳤어요 하 고 알 루미나 상자에 그들을 전송.
- 알 루미나 상자 상자 용광로에 넣고 상자 용광로 대 한 열 처리 조건을 설정: 600 ° C 또는 10 ° C·min-1의 램프 속도 1 h 700 ° C.
- Calcination, 후 50 ° c로 아래로 냉각 하 고, 전송 (즉, SnO2 나노튜브) 도자기 샘플 유리병 유리 (그림 1b).
2. 전기 배터리 셀 테스트
- 전극을 준비 합니다.
참고: 전극 슬러리 10 wt % 바인더, 10 wt % 카본 블랙 및 80 wt % (이 경우, SnO2 나노튜브)에 활성 물질의 구성 됩니다. 슬러리와 슬러리에 있는 각 성분의 구성의 크기를 조정할 수 있습니다.- 10 cm 너비 x 30 cm 길이에 구리 (Cu) 호 일을 잘라 고 직사각형 유리 기판 (25 x 15 x 0.5 c m)에 그것을 수정 에탄올을 사용 하 여.
- 카본 블랙의 0.02 g, 0.027 g polyacrylic 산 (35 wt %)의 도가니에서 carboxymethyl 셀 루 로스 (6 wt %)의 0.166 g 믹스. 균질 혼합 수 있도록 도가니에 이온된 (DI) 수의 3 ~ 6 방울을 추가 합니다.
- 도가니에 SnO2 나노튜브의 0.16 g을 추가 합니다. 그런 다음, 균질 혼합 수 있도록 도가니로 디 물 3 ~ 8 방울을 추가 합니다.
- 슬러리 충분히 점성 Cu 호 일에 잘 캐스팅 되도록 30 분 도가니에 모든 재료를 접지 합니다.
- 때 전극 슬러리는 잘 준비 하 고, 장소는 Cu의 상단 측면에 슬러리 유리 기판에 호 일을 균등 하 게 캐스팅 주조 롤러를 사용 합니다.
참고: 일반적으로, 슬러리의 두께 60 μ m 이지만 다소 있을 수 있습니다. - 슬러리 캐스트 Cu 건조 10 분 동안 60 ° C에 호 일을 배터리 셀 조립 전에 비닐 봉지 안에 봉인.
참고: 슬러리 캐스트 Cu 호 일 그림 1c에서 볼 수 있습니다.
- 배터리 셀을 조립 한다.
- 열 대류 오븐 150 ° c 다음, 슬러리 캐스트 Cu 오븐에 호 일 하는 장소.
- 대류 오븐을 로타리 펌프 Cu 호 일의 산화를 방지 하는 동안 슬러리에 잔류 용 매를 건조 하 여 진공에 채우십시오.
- 슬러리 캐스트 Cu가 열 후 2 시간에 대 한 150 ° C에서 호 일, 공기는 대류 오븐 진공 라인을 폐쇄 하 고 챔버를 열고 회전 펌프에 통풍구 라인을 개방 하 여 리필.
- 받아 슬러리 캐스트 Cu 챔버의 호 일 고 원 주먹으로 펀치 (펀치 직경: 14 m m). 그리고 천공된 슬러리 캐스트 Cu 호 일 무게 하단 배터리 셀에 놓습니다.
- 배터리 셀의 어셈블리에 대 한 반 셀을 사용 합니다. 슬러리 캐스트 Cu를 삽입 후 배터리 셀의 맨 아래에 호 일, 장갑 상자 antichamber에 샘플을 전송 합니다.
- 30 분 동안 antichamber 진공 하 고, 다음, 내부에는 샘플을 전송 글러브 박스.
- 다음 순서에 따라 배터리 셀 조립: 하단 배터리 셀, 슬러리 캐스트 Cu 호 일, 구분, 가스 켓, 봄, 스페이서, 및 최고의 배터리 셀. 구분 기호는 배터리 셀에 넣어 후 전해질을 드롭.
- 압축기에 의해 완전 한 배터리 셀으로 배터리 셀을 압축. 다음, 글러브 박스에 antichamber에 전기 테스트 배터리 셀을 이동 하 고 장갑 상자 배터리 셀을 걸릴.
- 개방 회로 전압 (OCV) 디지털 멀티 미터에 의해 측정 하 고 1-2 d RT에 배터리 셀을 나이.
- 전기 배터리 셀을 테스트 합니다.
- Cu의 무게를 빼서 활성 재료의 무게를 계산의 슬러리 캐스트 Cu 호 한 일 및 활동 물자의 부분으로 나누면.
- 전류는 배터리 셀을 실행 해야 전류 밀도 (mA·g-1)를 곱하여 활성 물질의 무게를 계산 합니다.
- 배터리 셀 테스터에 전기 배터리 셀을 삽입 합니다. 배터리 셀 테스터를 사용 하 여 각 배터리 셀에 대 한 전류 (형성 주기 및 0.1 A·g-1 사이클 테스트 및 속도 성능 10.0 A·g-1 의 범위에서 다양 한 전류 밀도 대 한 0.05 A·g-1 에 해당)을 적용 프로그램입니다.
- 다양 한 전류 밀도에서 테스트 하는 경우 각 배터리 셀에 대 한 다른 전류를 적용 합니다.
3입니다. 그래 핀 액체 셀의 준비
- 화학 증기 증 착 (CVD)에 의해 그래 핀을 음성 합성.
- Cu 호 일을 잘라 (순도: 99.9%, 두께: 0.0125 m m) 10 x 3 cm의 치수와 조각으로가 위.
- Cu 단계 3.1.1 이소프로필 알코올 (IPA) 어떤 먼지 또는 오염 물질을 제거 하 여 20 wt % 인산 (H3포4) Cu 호 일 표면에 천연 산화물을 제거 20 분의 100 mL와 함께 그것을 치료에서 유리 페 트리 접시에에서 호 일으로 하는 린스 다음 장소는 Cu foil 완전히 린스 나머지 H3PO4에 또 다른 10 분 디 물에.
- 석 영 튜브에는 Cu 호 일 이동 (외부 직경: 40 mm, 내경: 36mm) 증 착 장비.
- 로타리 펌프를 실행 하 고 진공 레벨 미만 2 x 10-3 Torr 될 때까지 기다립니다. 다음, 산소와는 증 착의 석 영 튜브 내부 습기를 완전히 제거 하 150 ° C에 온도 상승 합니다.
- RT에서 H2 가스 흐름의 10 sccm으로 40 분에서 1000 ° C 온도 상승 합니다. 또 다른 40 분 anneal Cu 호 일 챔버의 온도 유지 합니다.
- 실시간 턴은 채널4 에 CVD 챔버 아래 25 분 쿨에 대 한 채널4 가스와 H2 가스의 60 sccm 300 ° c.에 설정
- CVD 챔버에서 Cu 호 일 (그림 2를)가지고 고는 desiccator에 그것을 유지.
- 그래 핀을 전송 합니다.
- Cu 호 일 뒷면에 그래 핀을 제거 하려면 다음 설정을 사용 하 여 청소기를 플라즈마를 사용 하 여 플라즈마 에칭을 실시: (의 100 sccm), Ar의 흐름을 시간 (60 s), (30 W)의 전력 (5.0 x 10-2 Torr)의 기본 압력.
- 잘라내기는 Cu가 위 단계 3.1 3 x 3 m m에서에서 합성 된 그래 핀과 호 일. 두 슬라이드 유리 사이의 평면 수 있도록 언론 Cu 호 일 조각을 놓으십시오.
참고: 4 개의 Cu 호 일 조각 두 슬라이드 유리 사이 함께 배치 됩니다. - Cu 호 일 (그림 2b)의 각 조각에 홀리 탄소 Au 격자 (300 메쉬, r 2/2)를 배치 합니다. Au 그리드/Cu 호 일에 IPA의 20 µ L을 드롭.
- 로타리 펌프에 연결 되는 micropipette 팁 흡입 IPA. Suctioning, 후 5 분 동안 50 ° C에서 Au 그리드/Cu 호 건조.
- 행위는 Cu의 에칭 10 ml의 0.1 M 염화 persulfate 6 h 6 cm 유리 페 트리 접시그림 2(c)에 대 한 일.
참고: 유리 접시는 Si 입자의 오염을 방지 하기 위해서는 사용 전에 IPA와 디 물으로 청소 되어야 한다. - 국자는 Pt와 Au 격자 루프와 유리 샬레 이동 완전히 현상16에서 어떤 잔여 오염 물질을 제거 하기 위해 50 ° C에서 디 물으로 가득 합니다.
- 푸 디 물에서 Au 격자 그리고 6 h RT와 함께 대기압에 대 한 그들을 건조.
- GLCs 조작.
- 전해질 및 나노튜브 혼합물을 준비 합니다. 에틸렌 탄산염 (EC)와 신 탄산 (12 월) (3:7 볼륨 비율) fluoroethylene 탄산 (FEC)의 10 wt %와 0.06 g 1.3 M 리튬 hexafluorophosphate (LiPF6)의 구성 되는 전해질의 10 mL에 나노튜브 분말의 분산.
참고: 전해질의 구성은 전기 배터리 셀 테스트에 사용 되는 것과 동일 합니다. 다양 한 전해질 채택 될 수 있다 GLCs에서 같은 1 M LiPF6 , 12 월, EC에 녹아 디 메 틸 탄산염 (DMC) 1의 체적 비율에서: 1:1, EC과 염화 나트륨 (NaClO의 1 M에에서 녹아 있는 나트륨 hexafluorophosphate (NaPF6)의 1 M 4) NaClO4 PC에 FEC, diglyme에서 마그네슘 bis(trifluoromethanesulfonimide) (MgTFSI)의 0.1 m M와 1 M의 5 wt %와 폴 리 에틸렌 탄산염 (PC)에 녹아. - Au 격자 그래 핀 전송 및 전해질 혼합물 아칸소도 가득 장갑 상자에 이동
- 한 그래 핀 전송 Au 그리드 아래쪽에 배치 합니다. 아래쪽 눈금에 전해질 혼합물의 20 µ L를 드롭.
- 다른 그래 핀 전송 격자는 족집게를 누른 하단 그리드 위에 배치 합니다.
참고:이 절차 수행 되어야 합니다 신속 하 게 전해질 (그림 2d) 건조 하기 전에. - 건조 30 분, 기간 동안 액체는 자발적으로 캡슐화 두 그래 핀 시트 사이 건조로 대 한 장갑 상자 안에 샘플.
참고: 봉된 액체의 양을 얼마나 잘는 그래 양도 되었습니다 및 위 그리드 배치 됩니다 얼마나 잘 따라 달라 집니다.
- 전해질 및 나노튜브 혼합물을 준비 합니다. 에틸렌 탄산염 (EC)와 신 탄산 (12 월) (3:7 볼륨 비율) fluoroethylene 탄산 (FEC)의 10 wt %와 0.06 g 1.3 M 리튬 hexafluorophosphate (LiPF6)의 구성 되는 전해질의 10 mL에 나노튜브 분말의 분산.
4. 실시간으로 가장을 수행
- 기존의 단일 기울기 TEM 홀더에 GLCs를 로드 합니다.
- 단일-틸트 가장 홀더에 GLC 샘플 (두 개의 연결 된 그래 핀 전송 Au 격자)를 놓습니다.
- 두 개의 표가 완벽 하 게 쌓아 하지는 GLC 샘플 가장 홀더에 맞지 않습니다. 이 경우, 면도날으로 Au 격자의 가장자리를 잘라.
- GLC 샘플 가장 홀더에 탑재 후 가장 홀더는 가장 안에 넣고 신중 하 게 진공 수준을 확인.
- 기록 실시간 편 동영상입니다.
- 찾아 지역 SnO2 나노튜브 액체 전해질으로 캡슐화 됩니다.
참고: 액체 SnO2 나노튜브 주위 존재 하는 여부를 알아보려면, 몇 초 동안 전자 빔을 비추는. 액체의 어떤 운동 또는 전해질의 분해, 관찰 하는 경우 그것은 매우 가능성이 지역 액체 캡슐화 됩니다. - 가장에 대 한 정렬 하 고 밝기 조절기를 조정 하 여 반응을 시작 하는 전자 빔 복용량을 설정.
참고: 가장 적합 한 맞춤 Z 높이 맞춤, 총 틸트/시프트, 빔 틸트/시프트, 조리개 맞춤 및 stigmation 정렬 같은 사용자 정렬이 됩니다. 이 절차 (바로 옆 단계 4.2.1에서에서 발견 지역) 다른 지역에서 더 나은 행해진다 SnO2 나노튜브와 액체 전해질에 게 손해를에서. 전자 빔 복용량은 lithiation을 시작 속도가 보통 ~ 103e-/Å2· s, 하지만 그것은 모든 가장 악기와 달라질 수 있습니다. - 현미경 프로그램 및 전 하 결합 소자 (CCD) 카메라 제조업체의 지침에 따라 실행 합니다.
- 높은 정의 (HD) 비디오 창에 녹화 버튼을 누르고 녹음 하는 GLC 샘플에서 발생 하는 반응.
- 찾아 지역 SnO2 나노튜브 액체 전해질으로 캡슐화 됩니다.
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Representative Results
SnO2 나노튜브는 전기 및 기간 동안 nanotubular 및 다공성 구조 볼 수 명확 하 게, SEM 이미지 (그림 3는)에 따라 다음 calcination 조작 했다. 이러한 nanotubular 구조 핵심에 Sn 전조를 바깥쪽으로 이동 하 여 Kirkendall 효과17,18때문 하면서 PVP의 분해에서 온다. 또한, 오 스 트 발트 성숙 Kirkendall 효과 이외에 SnO2 nanogains19의 성장의 결과 발생 합니다. TEM 이미지 (그림 3b) 다양 한 SnO2 나노튜브 내 흰 반점으로 표시 다공성 사이트는 더 많은 시각적으로 분명히 보여줍니다. SnO2 의 크리스탈 구조는 이전에 게시 문학17에 따라 다 결정 되 구조그림 3(c).
SnO2 나노튜브의 전기 화학적 특성의 점에서 SnO2 나노튜브의 다양 한 측면은 자세히 시험 되었다. 로 시작, SnO2 나노튜브 형성 주기에서의 충전 및 방전 프로필 표시 됩니다 (그림 4는), 67.8%의 초기 coulombic 효율이 안정적인 전압 프로필을 전시 하는. 0.9 V에 있는 전압 고원 (SnO2 sn의 변환 반응), 2 단계 반응에 기 인할 수 있다 이전 작품9,20에서 설명 비슷합니다. SnO2, 고체 전해질 interphase (SEI) 계층의 불안정 형성 함께 변환 반응 중 리2O의 돌이킬 수 없는 대형 형성 주기 리와 저조한 가역 반응에서 결과. SnO2 나노튜브에서 500 mA g-1, 98% (그림 4b) 이상 coulombic 효율성과 안정적인 자전거 전시. SnO2 나노튜브그림 4(c)의 속도 기능 또한 제공 됩니다, SnO2 나노튜브 상당한 용량 > 700 mAh g-1을 유지 1000 mA g-1의 높은 전류 밀도에서 . 그럼에도 불구 하 고, 초기 비가 역 용량 손실이 더 현장에서 가장 방법을 사용 하 여 자세히 검사 해야 합니다.
전반적으로 그래 핀의 characterizations 그림 5에 나와 있습니다. 그림 5 Cu 호 일에 합성 된 그래 핀의 라만 스펙트럼을 보여줍니다. 난 사이 비율g 와2D 2.81, 어떤 선수는 단층 그래 핀 합성 되었다 나타내는 다 Cu 기판에 단층 그래 핀의 비율 잘 했다. 누구나 가장 격자에 옮겨진된 그래 핀의 SEM 이미지 그림 5b, 누구나 가장 격자에 그것의 이동 후 그래 핀의 적용 되었다 좋은 시연에 표시 됩니다. 가장 이미지와 전송 된 그래 핀의 해당 선택된 영역의 전자 회절 (저장) 패턴은 그림 5c, d에표시 됩니다. 6 각형 회절 반점 단층 그래 핀을 잘 나타냅니다.
GLCs의 시간 시리즈 가장 이미지는 영화 s 1에서 캡처됩니다 그림 6에 표시 됩니다. GLCs 잘 조작 하는 경우 그들은 여러 액체 주머니 수십 나노미터에서에서 수백 나노미터, 솔루션 및 나노7,14에 따라 그 크기 범위가 있다. EC/12 월/FEC 솔루션 및 SnO2 나노튜브를 사용 하 여이 실험에서 액체 주머니의 크기는 300-400 nm 이었다. 가속 전압은 300 kV 및 전자 빔 복용량 743.9 e-/Å2· s, 충분히 진행 하는 lithiation에 대 한 하지만 심한 광선 손상입니다. 지속적인 전자 빔 조사를 통해 녹은 전자와 래 디 칼 소금과 용 매와 보조 반응을 트리거합니다. 여기, 전해액의 분해 및 SEI 층의 형성 관찰 되었다 초기 단계에서 계약에 이전에 보고 된 일부 reuslts6,,78,9 ,21.
그림 1 : 전기 설치 및 준비 SnO2 나노튜브와 전극의 디지털 카메라 이미지. (a) 전기, (b) SnO2 나노튜브, 그리고 (c) 슬러리 캐스트 전극. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 디지털 카메라 이미지를 보여주는 그래 전송 그리드와는 그래 핀의 제작 액체 셀. (한) Cu 호 일 (b) Cu 호 일, (c) Cu 포 일의 에칭 과정에 0.1 M 염화에 누구나 가장 격자에 합성된 단층 그래 핀 persulfate, 및 (d) 장갑 상자 안에 Au 격자를 쌓아. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 그래 핀 시트 내부 그들의 캡슐화 하기 전에 SnO2 나노튜브의. 이러한 패널 표시 (a)는 SEM 이미지, (b)는 가장 이미지, 및 (c) SnO2 나노튜브의 저장 패턴. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4 : 전기 배터리 셀 테스트 SnO2 나노튜브의. 이 패널은 (는) 충전에 표시 하 고 방전 프로 파일, (b) 주기 보존 특성, 및 (c) 속도 기능 SnO2 나노튜브의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 합성된 그래 핀의 특성. 이러한 패널 가장 이미지, 그리고 (d) 단층 그래 핀의 저장 패턴 (a)는 라만 스펙트럼, (b) SEM 이미지, (c)을 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6 : GLCs의 lithiation 프로세스의 실시간 가장 이미지. SnO2 나노튜브의 표면에 SEI 층의 형성과 분해 전해질 0-관찰 된다 45 미 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
영화 S1입니다. GLCs의 Lithiation. SnO2 나노튜브의 표면 액체 전해질 내부 시각 이다. 이 비디오를 보려면 여기 클릭 하십시오 (다운로드 오른쪽 클릭.)
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Discussion
프로토콜 내에서 중요 한 단계가 있습니다. 첫째, 가장 격자에 그래 핀의 전송 연구팀은 주의 필요합니다. 핀셋으로 격자를 처리 하지 손상 격자의 예를 들어 비정 질 탄소 막 파괴 하거나 프레임을 절곡 하 중요 하다. 손상의이 종류는 그래 핀의 가난한 보험에서 발생 하 고 액체 주머니의 숫자에 영향을 미칠 것입니다. 또한, 올바른 위치에 상위 그리드를 배치 것이 중요 합니다. 프로토콜에 설명 된 대로 최상위 표의 배치 되어야 합니다 신속 하 게 액체 건조 하기 전에. 이 과정 연구원 위 그리드를 손상 수 있습니다 하거나 (즉, 아래쪽 눈금의 센터에) 잘못 된 위치에 배치 합니다. 전송 과정에서 발생 하는 손해와 마찬가지로,이 액체 셀의 수익률을 낮출 것 이다. 따라서, 가장 격자 처리 많은 연습 반복 GLCs 조작 필요 합니다.
그것은 슬러리 캐스트 Cu 호 일 셀 조립 전에 완전히 건조가 다는 것을 확인 해야 합니다. 물의 존재는 전체 셀 성능이 저하 될 수 있기 때문에 이것이 중요 합니다. 또한, 슬러리 해야 캐스팅 Cu 호 일에 균일 하 게, 로드 양의 활성 재료는 유사. 또한, 오른쪽 가장 관측, 액체는 그래 핀 시트에 의해 완전히 봉인 및 충분 한 액체 존재 lithiation 지속적으로 일어날 수 있도록 장소를 찾는 데 중요 하다. 연구원은 그들은 프로토콜에 설명 된 대로 단계를 따라, 비록 그들은 종종 불완전 한 반응과 활성 물질 주위 액체 전해질의 고갈 관찰할 것입니다. TEM 관찰에 대 한 적절 한 장소를 찾으려면, 연구원은 몇 초 동안 전자 빔 조명 하 고 더 이상 반응 발생에 대 한 충분 한 액체 있는지 관찰 해야 합니다.
관찰 하는 lithiation와 GLC 기술의 제한 역학 lithiation, delithiation 하지만 가능입니다. GLCs 내부 lithiation는 전자 빔과 주변 전해질의 감소에 의해 시작 됩니다, 때문에 반대 산화 환경 실현 될 수 없습니다. 이것은 기법에 비해 다른 현장에서 가장 바이어스 주사 터널링 현미경 (STM) 등 시스템에 적용할 수 있는 제한-편 전기 홀더 또는 홀더. 또한, 두 격자 연결 하 고 상단 그리드는이 실험에서 제거 되지 않습니다, 수성 용 매 두 격자 뭉쳐 덜 수 있고 유기 전해질은 그러므로 선호.
GLCs는 세 가지 방법으로 주요 발전을 제공합니다. 1) 그들은 다른 현장에서 가장 플랫폼에 거의 달성은 액체 전해질에서 고해상도 이미지를 제공 합니다. 2) 그들은 추가 현장에서 가장 소유자의 구입을 요구 하지 않습니다. 3) 또한, 나노 소재 (nanosheet, 나노, nanofiber 등)의 다양 한 종류 액체 전해질 내부 구상 될 수 있다.
GLCs는 뿐만 아니라 lithiation 그러나, 또한, sodiation (Na 이온 배터리), 전극 재료의 역학을 관찰 하는 것을 더 사용할 수 있습니다 magnesiation (밀리 그램-이온 배터리), potassiation (K-이온 배터리), 아연 (Zn 이온 배터리)를 삽입 하 고. 또한, 전해질의 다양 한 종류의 분해, 넘어 전극 재료의 형태학 변화 GLC9,10안에 구상 될 수 있다. 우리는 이러한 정보 고급 보조 이온 배터리 설계에 근무 하는 엔지니어를 위한 중요 한 통찰력을 제공할 것입니다 기대 합니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품으로는 국립 연구 재단의 한국 (NRF) 지원 했다, 번호 2014R1A4A1003712를 부여 (BRL 프로그램), 한국 CCS R & D 센터 (KCRC) 부여 (아니요 (과학기술부, 정보 통신 및 미래 계획) 한국 정부에 의해 자금 NRF-2014M1A8A1049303), 2016 (과학기술부, 정보 통신 및 미래 계획)에 한국 정부에 의해 투자 하는 KAIST에서 끝된 그랜트 (N11160058), 착용 플랫폼 재료 기술 센터 (WMC) (NR-2016R1A5A1009926), 국가 연구 한국 (NRF) 부여 (NRF-2017H1A2A1042006-글로벌 박사 펠로 십 프로그램), 한국 정부에 의해 투자의 기초 (MSIP; 한국 정부에 의해 자금 한국 국립 연구 재단 (NRF) 부여 과학, ICT 및 미래 계획의 내각) (NRF-2018R1C1B6002624)는 Nano· 소재 기술 개발 프로그램을 통해 국가 연구 재단의 한국 (NRF) 과학의 부, 정보 통신 및 미래 계획 (2009-0082580)과 NRF 그랜트 (MSIP; 한국 정부에 의해 자금 지원 과학, ICT 및 미래 계획의 내각) (NRF-2018R1C1B6002624).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tin chloride dihyrate | Sigma Aldrich | CAS 10025-69-1 | In a glass bottle |
| Ethanol | Merck | CAS 64-17-5 | In a glass bottle |
| Dimethylformamide | Sigma Aldrich | CAS 68-12-2 | In a glass bottle |
| Polyvinylpyrrolidone | Sigma Aldrich | CAS 9003-39-8 | In a plastic bottle |
| Cell tester | KOREA THERMO-TECH | Maccor Series 4000 | |
| Cell tester 2 | WonaTech | WBCS4000 | |
| Sodium perchlorate | Sigma Aldrich | CAS 7601-89-0 | In a glass bottle |
| 25 gauge needle | Hwa-In Science Ltd. | ||
| 1.3 M of lithium hexafluorophosphate (LiPF6) dissolved in EC/DEC with 10 wt% of FEC | PANAX ETEC | In a stainless steel bottle | |
| Propylene carbonate | Sigma Aldrich | CAS 108-32-7 | In a glass bottle |
| Super P Carbon Black | Alfa-Aesar | CAS 1333-86-4 | In a glass bottle |
| Cell components (bottom cell, top cell, separator, gasket, spring, spacer) | Wellcos Corporation | ||
| Cell punch | Wellcos Corporation | ||
| Glove Box | Moisture Oxygen Technology (MOTEK) | ||
| Box Furnace | Naytech | Vulcan 3-550 | |
| Electrospinning device | NanoNC | ||
| Hydrofluoric acid | Junsei | 84045-0350 | 85% |
| Cu foil | Alfaaesar | 38381 | Copper Thinfoil, 0.0125mm thick, 99.9% |
| Holy carbon Au grid | SPI | Quantifoil R2/2 Micromachined Holey Carbon Grids, 300 Mesh Gold | Quantifoil R2/2 Micromachined Holey Carbon Grids, 300 Mesh Gold |
| Isoprophyl alchol | Sigmaaldrich | W292907 | 99.70% |
| Ammonium persulfate | Sigmaaldrich | 248614 | 98% |
| Transmission electron microscope (TEM) | JEOL | JEOL JEM 3010 | 300 kV |
| Chemical vapor depistion (CVD) | Scientech | ||
| Charge coupled device (CCD) | Gatan | Orius SC200 | |
| Plasma Cleaner | Femtoscience | VITA | |
| Electrospinning program | NanoNC | NanoNC eS- robot |
References
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