Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para a fabricação e a preparação de uma célula de líquido de grafeno em situ observação microscopia eletrônica transmissão, juntamente com uma síntese dos materiais de eletrodo e testes de célula de bateria eletroquímica.
Abstract
Neste trabalho, apresentamos a preparação de células de líquido de grafeno (GLCs), ambos os materiais de eletrodo e eletrólitos líquidos orgânicos entre duas folhas de grafeno e a síntese facile de nanoestruturas unidimensionais usando eletrofiação de encapsulamento. O GLC permite em situ microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para a dinâmica de lithiation de materiais de eletrodo. O em situ GLC-TEM usando um feixe de elétrons para geração de imagens e lithiation pode utilizar não só eletrólitos bateria realistas, mas também a imagem de alta resolução de vários morfológica, fase e transições de interfaces.
Introduction
Recentemente, o consumo de energia constantemente tem aumentado, bem como a importância dos dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho. Para atender uma demanda, o desenvolvimento de baterias de iões de lítio que tem uma alta densidade de energia, durabilidade e segurança é necessário1,2. A fim de desenvolver baterias com propriedades superiores, um entendimento fundamental dos mecanismos de armazenamento de energia durante o funcionamento da bateria é essencial3,4,5.
Em situ microscopia eletrônica de transmissão (TEM) fornece insights ricos como pode mostrar informações estruturais e químicas durante a operação de pilhas3. Entre muitos em situ TEM técnicas, GLCs têm sido utilizados para a observação da dinâmica de nanomateriais6,7,8,9,10,11 lithiation ,12. GLCs consistem em um bolso líquido selado por duas membranas de grafeno, que fornecem uma interface eletrodo/eletrólito real, impedindo a evaporação do líquido no interior do alto vácuo em uma coluna TEM6,7. As vantagens de GLCs são que permitem uma resolução espacial superior e alto contraste de imagem porque eles empregam elétron transparente espessura monoatômicos grafeno como líquido de selagem da membrana13,14,15 ,16. Também, TEM convencional pode ser aplicável para observar as reações da bateria, sem usar caro em situ TEM suportes.
Neste texto, apresentamos como pode ser observada a reação de lithiation com GLCs. especificamente, irradiação de feixe de elétrons produz solvated elétrons dentro o electrólito líquido e iniciam lithiation separando-se íons de Li de moléculas de solventes.
GLCs também servir como a plataforma mais ideal para permitir a observação direta de nanomateriais com morfologias diversas, incluindo as nanopartículas6,9, nanotubos7,10,11e até mesmo materiais multidimensional12. Juntamente com a ex situ TEM análise dos materiais de eletrodo após o teste real da célula eletroquímica, é possível que o sistema GLC apresentado aqui pode ser usado para investigar o mecanismo de reação fundamental.
Com tais vantagens de GLCs e ex situ experimentos, apresentamos aqui métodos experiência detalhada para os investigadores que estão dispostos a realizar experimentos semelhantes GLC. Os protocolos cobrem 1) síntese de nanotubos de óxido (SnO2) estanho (IV) como os típico unidimensional eletrodo de materiais nanoestruturados, 2) o teste de célula de bateria eletroquímica, 3) preparação do GLC e 4) o desempenho de um TEM em tempo real observação.
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Protocol
1. síntese de nanotubos de SnO2 por eletrofiação e subsequente tratamento térmico17
- Prepare uma solução de eletrofiação.
- Dissolva a 0,25 g de cloreto de estanho hidratado em uma mistura de solvente de 1,25 g de etanol e 1,25 g de dimetilformamida (DMF) à temperatura ambiente (RT, 25 ° C).
- Após agitação por 2 h, adicionar a solução de eletrofiação 0,35 g de polivinilpirrolidona (PVP) e agitar a mistura por outro 6 h.
- Execute uma eletrofiação de nanofibras precursor/PVP-compostas do Sn.
- Quando a solução eletrofiação é bem preparada, lave o Retangular, flexível de aço inoxidável (30 x 20,5 cm) com água deionizada (DI) de água e etanol 2 x - 5x e secá-lo a 60 ° C por 10 min.
- Transferir a solução de eletrofiação de uma seringa de 10 mL, bloqueando um lado da seringa e deixar a solução eletrofiação fluxo para a seringa.
- Conecte a seringa, uma agulha de 25 G.
Nota: Outros tipos de agulhas, tais como agulhas 23G e 17G, também podem ser usados. Neste protocolo, a agulha 25g é usada como a agulha padrão. - Corrigi a seca flexível de aço inoxidável para o baterista com fita.
- Abra o software de controlador eletrofiação e inserir os parâmetros eletrofiação (taxa de fluxo: 5-20 µL·min-1, o montante total da solução: 3-15 mL) para o bom funcionamento do dispositivo eletrofiação.
Nota: Aqui, a vazão ideal é de 10 µL·min-1 e o montante total da solução é 5 mL. - Fixar a seringa com a agulha 25g em eletrofiação dispositivo e, em seguida, fixe-a com fita.
- Antes eletrofiação, pressione a seringa para o coletor até a solução eletrofiação flui bem através da agulha de 25 G. Em seguida, conecte a ponta da agulha para os clipes de crocodilo de duas extremidades, que também estão ligados ao coletor.
- Rolo o rolo (100 rpm) e iniciar o software do programa eletrofiação.
- Modulam a tensão aplicada usando um viés de tensão (Figura 1um) entre 10-25 kV para permitir que o electrojetting dos cones para operar o processo eletrofiação Taylor.
Nota: Aqui, a voltagem aplicada ideal é 16 kV.
- Execute a calcinação de nanofibras precursor/PVP-compostas do Sn.
- Quando terminar o processo de eletrofiação, raspe as nanofibras como-fiado sobre o aço inoxidável flexível com uma navalha e transferi-los para uma caixa de alumina.
- Inserir caixa de alumina para a fornalha de caixa e definir as condições de tratamento térmico para a fornalha de caixa: 600 ° C ou 700 ° C, durante 1 h, com uma taxa de subida de 10 ° C·min-1.
- Após a calcinação, arrefecer o forno a 50 ° C e, em seguida, transferir as amostras calcinadas (ou seja, SnO2 nanotubos) para o vidro do frasco (Figura 1b).
2. teste de célula de bateria eletroquímica
- Prepare o eletrodo.
Nota: O chorume de eletrodo é composto de 10 fichário de wt %, preto de carbono 10 wt % e 80% em peso de materiais ativos (no caso, SnO2 nanotubos). A quantidade de chorume e a composição de cada ingrediente no chorume pode ser ajustada.- Corte a folha de cobre (Cu) em largura de 10 cm, x 30 cm de comprimento e, usando etanol, corrigi-lo em um substrato de vidro retangular (25 x 15 x 0,5 cm).
- Misture 0,02 g de negro de fumo, 0,027 g de ácido poliacrílico (35% em peso) e 0,166 g de carboximetilcelulose (6% em peso) em um cadinho. Adicione três a seis gotas de água desionizada (DI) para o cadinho para permitir uma mistura homogênea.
- Adicione 0,16 g de SnO2 nanotubos para o cadinho. Em seguida, adicione três a oito gotas de água DI para o cadinho para permitir uma mistura homogênea.
- Aterre todos os ingredientes no cadinho por 30 min garantir que o chorume seja suficientemente viscoso para ser lançada bem sobre a folha de Cu.
- Quando o chorume de eletrodo é preparado bem, lugar do chorume no lado superior do Cu da folha sobre o substrato de vidro e lançá-lo uniformemente usando um rolo de fundição.
Nota: Normalmente, a espessura do chorume é 60 µm, mas pode ser mais ou menos. - Secar o Cu de chorume-molde da folha em 60 ° C por 10 min e selá-lo dentro do saco plástico, antes da montagem de célula da bateria.
Nota: A folha de chorume-elenco Cu pode ser vista na Figura 1c.
- Monte as células da bateria.
- Aqueça o forno a 150 ° C. Então, o lugar que o Cu de chorume-molde da folha no forno.
- Preencha o forno de convecção com vácuo, bombas rotativas para secar o solvente residual no chorume, evitando a oxidação da película de Cu.
- Depois de aquecer o Cu de chorume-molde da folha a 150 ° C por 2 h, reabasteça o forno de convecção com o ar, fechando a linha de vácuo e abrir a linha de ventilação na bomba rotativa para abrir a câmara.
- Dar o Cu de chorume-molde da folha fora da câmara e acioná-lo com um furador de círculo (soco diâmetro: 14 milímetros). Pesar a folha perfurada de Cu chorume-elenco e colocá-lo para a célula de bateria de fundo.
- Use metade de uma célula para a montagem das células de bateria. Depois de colocar o Cu de chorume-molde da folha na parte inferior da célula da bateria, transferir as amostras para o antichamber da caixa de luva.
- O antichamber por 30 min de vácuo e, em seguida, transferir as amostras no interior porta-luvas.
- Montar as células de bateria na seguinte ordem: bateria celular, folha Cu de chorume-elenco, separador, gaxeta, Primavera, espaçador e pilha de bateria superior de fundo. Deixe o eletrólito depois o separador é colocado dentro da célula de bateria.
- Comprima a célula de bateria em uma célula de bateria completa por um compactador. Em seguida, mova as células de bateria de testes eletroquímicos para o antichamber no porta luvas e levar as células da bateria fora da caixa de luva.
- Medir a tensão de circuito aberto (OCV) por um multímetro digital e a célula de bateria no RT para 1-2-d de idade.
- Teste a célula de bateria eletroquímica.
- Calcular o peso dos materiais ativos subtraindo o peso do Cu da folha do que da película de Cu de chorume-elenco e dividi-la pela parte do material ativo.
- Calcule a corrente na qual a célula de bateria precisa ser executado multiplicando a densidade de corrente (mA·g-1) com o peso do material ativo.
- Inserir as células de bateria eletroquímica no verificador da bateria do celular. Aplicar a corrente (correspondente a 0,05 A·g-1 para o ciclo de formação e várias densidades de corrente na faixa de 0,1-A·g-1 a 10,0 A·g-1 para o ciclo de testes e capacidades de velocidade) para cada célula de bateria usando o verificador de célula da bateria programa.
- Aplica diferentes correntes para cada célula da bateria se é testado em diferentes densidades de corrente.
3. preparação da célula de líquido de grafeno
- Sintetiza o grafeno por deposição de vapor químico (CVD).
- Cortar a folha de Cu (pureza: 99,9%, espessura: 0,0125 mm) com uma tesoura em pedaços com uma dimensão de 10 x 3 cm.
- Enxágue o Cu da folha da etapa 3.1.1 com álcool isopropílico (IPA) para remover qualquer poeira ou contaminantes e tratá-lo com 100 mL de 20 wt % ácido ortofosfórico (H3PO4) por 20 min remover o óxido nativo na superfície da película de Cu em um placa de Petri de vidro. Então, o lugar que o Cu da folha em água DI para outro 10 min para totalmente enxaguar o restante H3PO4.
- Mudança da folha o Cu para o tubo de quartzo (diâmetro exterior: 40 mm, diâmetro interno: 36mm) do equipamento CVD.
- Funcionar a bomba rotativa e esperar até que o nível de vácuo é menos de 2 x 10-3 Torr. Em seguida, eleve a temperatura para 150 ° C para remover totalmente o oxigênio e umidade no interior do tubo de quartzo do CVD.
- Eleve a temperatura de RT para 1.000 ° C em 40 min com sccm 10 H2 do fluxo do gás. Manter a temperatura da câmara para outro 40 min recozer a Cu da folha.
- Em 60 sccm de gás de4 CH 25 min. Cool para baixo da câmara CVD para Turn RT. o CH4 e H2 gases desligar a 300 ° C.
- Tirar a Cu da folha (Figura 2a) da câmara de compensação e mantê-lo num exsicador.
- Transferência do grafeno.
- Para remover o grafeno na parte de trás da película de Cu, conduta gravura de plasma por meio de um plasma líquido de limpeza com as seguintes configurações: um fluxo de Ar (de 100 sccm), tempo (de 60 s), poder (de 30 W) e uma pressão de base (de 5,0 x 10-2 Torr).
- Corte o Cu da folha com o grafeno que foi sintetizado em passo 3.1-3 x 3 mm com uma tesoura. Coloque os pedaços de folha Cu entre dois slide óculos e pressione para torná-los lisos.
Nota: Quatro peças de Cu da folha são colocadas juntos entre dois copos de slide. - Coloque grades de carbono holey Au (malha de 300, R2/2) em cada pedaço de Cu da folha (Figura 2b). Cair de 20 µ l do IPA sobre a folha de grade/Cu Au.
- IPA de sucção com uma ponta de micropipeta que é ligada a uma bomba rotativa. Após a aspiração, seca a Au grade/Cu da folha a 50 ° C por 5 min.
- Conduta de condicionamento do Cu da folha em 10 mL de persulfato de amônio 0,1 M para 6 h em um vidro de 6 cm de Petri (Figura 2c).
Nota: Pratos de Petri de vidro deve ser limpo com IPA e DI água antes de usar para evitar a contaminação de partículas de Si. - Colher as grades Au com um Pt loop e movê-lo para um prato de Petri de vidro enchido com água a 50 ° C, a fim de remover completamente todos os contaminadores restantes de etchant16.
- Colher as grades Au da DI água e secá-las para 6 h no RT e com pressão atmosférica.
- Fabrica GLCs.
- Prepare a mistura de eletrólitos e nanotubos. Disperse 0,06 g de pó de nanotubos em 10 mL de eletrólito, que é composto de 1,3 M Hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) em carbonato de etileno (CE) e carbonato de dietilenoglicol (DEC) (3:7 relação de volume) com 10% em peso de carbonato de fluoroethylene (FEC).
Nota: A composição do eletrólito é a mesma usada no teste de célula de bateria eletroquímica. Vários eletrólitos podem ser empregados em GLCs, tais como 1 M LiPF6 dissolvido na CE, DEC, e dimetil carbonatos (DMC) em uma proporção volumétrica de 1:1:1, 1m de Hexafluorofosfato de sódio (NaPF6) dissolvido em CE, 1 M de perclorato de sódio (NaClO 4) dissolvido em carbonato de polietileno (PC) com 5% em peso de FEC, 0,1 M de bis(trifluoromethanesulfonimide) de magnésio (MgTFSI) em diglima e 1 M NaClO4 no PC. - Mover o grafeno-transferido grades de Au e mistura de eletrólitos em uma caixa de luva que é preenchida com ar.
- Coloque uma grade de Au grafeno-transferido na parte inferior. Largue a 20 µ l de mistura de eletrólitos na grelha inferior.
- Segure a outra grade de grafeno-transferido com uma pinça e coloque-o na parte superior da grade inferior.
Nota: Este procedimento deve ser feito rapidamente antes que o eletrólito seco (Figura 2d). - Seca a amostra dentro da caixa de luva para 30 min, durante o qual o líquido é espontaneamente encapsulado entre as duas folhas de grafeno como seca.
Nota: A quantidade de líquido retido depende de quão bem o grafeno foi transferido e quão bem grade superior é colocado.
- Prepare a mistura de eletrólitos e nanotubos. Disperse 0,06 g de pó de nanotubos em 10 mL de eletrólito, que é composto de 1,3 M Hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) em carbonato de etileno (CE) e carbonato de dietilenoglicol (DEC) (3:7 relação de volume) com 10% em peso de carbonato de fluoroethylene (FEC).
4. realização de temperatura em tempo real
- GLCs carga sobre um suporte TEM single-inclinação convencional.
- Coloque a amostra do GLC (duas anexado transferido de grafeno Au grades) o titular TEM de único-inclinação.
- Se as duas grades perfeitamente não são empilhadas, a amostra GLC não vai caber no porta TEM. Nesse caso, corte a borda das grades Au com uma lâmina de barbear.
- Depois que a amostra GLC é montada sobre o titular TEM, colocar o titular TEM dentro a temperatura e verificar cuidadosamente o nível de vácuo.
- Gravar vídeos em tempo real da temperatura.
- Localizar a região onde o SnO2 nanotubo é encapsulado com electrólito líquido.
Nota: Para saber se o líquido existe em torno do SnO2 nanotubo, irradiar um feixe de elétrons por alguns segundos. Se observar algum movimento de líquido ou a decomposição de um eletrólito, é altamente provável que a área é encapsulada com líquido. - Fazer o alinhamento para temperatura e definir a dosagem de feixe de elétrons para iniciar a reação, ajustando o botão de luminosidade.
Nota: O alinhamento adequado para TEM inclui alinhamento do usuário, tais como alinhamento Z-altura, arma/mudança de inclinação, inclinação do feixe/turno, alinhamento de abertura e stigmation alinhamento. Estes procedimentos são feitos melhor em outra área (ao lado da região encontrada no passo 4.2.1) em ordem para não dar qualquer dano para o SnO2 nanotubo e líquido eletrólito. A taxa de dose de feixe de elétrons para iniciar o lithiation geralmente é 10 ~3e–/Å2· s, mas isso pode ser diferente com cada instrumento TEM. - Execute o programa de microscopia e câmera de dispositivo de carga acoplada (CCD), de acordo com as instruções do fabricante.
- Pressione o botão de registro na janela de vídeo de alta definição (HD) e gravar a reação ocorrendo na amostra GLC.
- Localizar a região onde o SnO2 nanotubo é encapsulado com electrólito líquido.
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Representative Results
SnO2 nanotubos foram fabricados por eletrofiação e calcinação subsequente, durante o qual as estruturas porosas e nanotubular podem ser vistas claramente, de acordo com a imagem de SEM (Figura 3a). Essa estrutura nanotubular proveniente da decomposição de PVP, enquanto o precursor de Sn no núcleo é movido para fora devido ao efeito de Kirkendall17,18. Além disso, o amadurecimento de Ostwald ocorre além do efeito Kirkendall, resultando no crescimento de SnO2 nanogains19. A imagem TEM (Figura 3b) mostra que tais locais porosos são mais visualmente clara, indicada por um número de manchas brancas dentro os SnO2 nanotubos. As estruturas de cristal de SnO2 são estruturas de cassiterita policristalino (Figura 3c), em conformidade com a literatura publicada anteriormente17.
Em termos de características eletroquímicas dos SnO2 nanotubos, vários aspectos dos SnO2 nanotubos foram examinados em detalhe. Para começar com, o perfil de carga e descarga dos SnO2 nanotubos no ciclo de formação é mostrado (Figura 4um), que apresenta perfis de tensão estável com uma eficiência de coulombic inicial de 67,8%. O planalto de tensão, que existe quando a 0,9 V, pode ser atribuído para a reação de duas fases (a reação de conversão do SnO2 Sn), semelhante às descrições anteriores obras9,20. A formação irreversível de Li2O durante a reação de conversão de SnO2, juntamente com a formação instável da camada de eletrólito sólido de interfase (SEI), resultou em uma reação mal reversível com Li no ciclo de formação. Os SnO2 nanotubos apresentam estável ciclismo 500 mA g-1, com coulombic eficiência acima de 98% (Figura 4b). Os recursos da taxa do SnO2 nanotubos (Figura 4c) também são apresentados, onde os SnO2 nanotubos retêm considerável capacidade (> 700 mAh g-1) mesmo em uma alta densidade de corrente de 1.000 mA g-1 . No entanto, perda de capacidade irreversível inicial precisa ser examinado mais detalhadamente em situ TEM métodos.
No geral caracterizações de grafeno são mostradas na Figura 5. Figura 5 um mostra o espectro Raman de sintetizado no Cu da folha de grafeno. A relação entre eug e eu2D foi 2,81, quais correspondências bem com a relação de grafeno monocamada sobre substrato Cu policristalino, indicando que grafeno monocamada foi sintetizado. A imagem SEM de grafeno transferido em uma grade TEM Au é mostrada na Figura 5b, demonstrando que a cobertura do grafeno foi bom após a sua transferência para a grade TEM Au. A imagem TEM e o padrão de difração (SAED) de elétrons área selecionada correspondente do grafeno transferido são mostrados na Figura 5c, d. Os pontos de difração hexagonal indicam o grafeno monocamada bem.
Imagens de séries temporais TEM de GLCs são mostradas na Figura 6, que são capturados do Filme S1. Quando GLCs são fabricadas bem, eles têm vários bolsos líquidos cujo tamanhos variam de dezenas de nanómetros até centenas de nanômetros, dependendo da solução e nanopartículas de7,14. Neste experimento, utilizando solução de CE/DEC/FEC e nanotubos de SnO2 , o tamanho do bolso de líquido era 300-400 nm. A tensão de aceleração foi de 300 kV e o elétron feixe dosagem 743.9 e–/Å2· s, que é suficiente para lithiation prosseguir, mas não para feixe grave dano. Através da irradiação de feixe de elétrons constante, elétrons dissolvidos e radicais desencadear uma reação secundária com o sal e o solvente. Aqui, a decomposição do eletrólito e a formação de uma camada SEI foram observadas na fase inicial, de acordo com alguns dos anteriormente relatados em resultados6,7,8,9 ,21.
Figura 1 : Imagens da câmera digital da instalação eletrofiação e preparado SnO2 nanotubos e eletrodo. (um) eletrofiação, (b) SnO2 nanotubos e (c) o eletrodo de chorume-elenco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Imagens de câmera digital, mostrando a grade de grafeno-transferido e fabricação do grafeno células líquidas. (um) do grafeno monocamada sintetizado no Cu da folha, (b), uma grade de Au TEM no Cu da folha, (c) o processo de gravura de folhas de Cu em 0,1 M de amônio persulfato e (d) empilhadas grades Au dentro de uma caixa de luva. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : Caracterização de nanotubos de SnO2 antes sua encapsulação dentro da folha de grafeno. Estes painéis mostram (uma) SEM uma imagem, (b), TEM uma imagem e (c) o padrão de Santos dos SnO2 nanotubos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Bateria eletroquímica célula teste dos SnO2 nanotubos. Estes painéis mostram (um) a carga e descarga de perfil, (b), a ciclo de retenção de características e capacidades (c) a taxa dos SnO2 nanotubos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Caracterização de grafeno sintetizado. Estes painéis mostram o espectro (um) a Raman, (b) a imagem SEM, (c) a imagem TEM e (d) o padrão de Santos de grafeno a monocamada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6 : Imagens de temperatura em tempo real do processo de GLCs lithiation. Eletrólito decomposto e a formação de uma camada SEI na superfície de um nanotubo de2 SnO são observados para 0 - 45 s. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Filme S1. Lithiation de GLCs. A superfície de um SnO2 nanotubo é visualizada dentro de electrólito líquido. Por favor clique aqui para ver este vídeo. (Botão direito do mouse para fazer o download.)
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Discussion
Existem etapas críticas dentro do protocolo. Primeiro, a transferência do grafeno para o grid TEM precisa de muita atenção dos pesquisadores. É importante lidar com as grades com uma pinça e não danificar qualquer uma das grades, por exemplo por destruir a membrana de carbono amorfo ou dobrando-se o quadro. Esses tipos de danos resultará em uma cobertura deficiente do grafeno e afetar o número de bolsas de líquido. Além disso, colocando a grelha superior na posição certa é fundamental. Conforme descrito no protocolo, a grade superior deve ser colocada rapidamente, antes que o líquido secou. Durante esse processo, os pesquisadores podem danificar a grade superior ou colocá-lo na posição errada (ou seja, não no centro da grelha inferior). Semelhante a quaisquer danos incorridos durante o processo de transferência, isso irá diminuir o rendimento das células líquidos. Assim, muita prática com manipulação das redes de temperatura é necessária para fabricar repetidamente GLCs.
É importante ter a certeza de que a folha de Cu de chorume-elenco totalmente seco antes da montagem da célula. Isto é importante porque a presença de água pode degradar o desempenho geral da célula. Além disso, o chorume deve ser convertido na película de Cu uniformemente, para que a quantidade de carga de material ativo é semelhante. Além disso, é importante encontrar que o lugar certo para a observação de temperatura, onde o líquido está completamente selado pelas folhas de grafeno e bastante líquido existe para que lithiation continuamente pode tomar o lugar. Mesmo que os pesquisadores seguiram os passos de como são demonstrados no protocolo, eles muitas vezes irão observar reações incompletas e depleção de electrólito líquido em torno de materiais ativos. Para encontrar o lugar certo para a observação de temperatura, os pesquisadores devem iluminar o feixe de elétrons por alguns segundos e observar se o líquido suficiente existe para mais reação ocorra.
A limitação da técnica GLC com lithiation a observar é que a dinâmica é possível somente mediante lithiation, não delithiation. Porque lithiation dentro GLCs é iniciada por um feixe de elétrons e a redução do eletrólito circundante, o ambiente oxidante oposto não pode ser realizado. Esta é uma limitação, em comparação com outros em situ técnicas de temperatura que podem aplicar o viés para o sistema, tais como um microscópio de tunelamento (STM)-TEM titular ou titulares de eletroquímica. Além disso, como duas grades são anexados e grade superior não é removido neste experimento, solventes aquosos têm menos capacidade de unir duas grades e eletrólito orgânico, portanto, é preferível.
GLCs fornecer grandes avanços em três maneiras diferentes. 1) proporcionam imagens de alta resolução em um eletrólito líquido que é dificilmente realizável em outras plataformas em situ TEM. 2) eles não exigem a compra de um suporte adicional em situ TEM. 3) Além disso, vários tipos de nanomateriais (tais como nanosheet, nanopartículas e nanofibras) podem ser visualizados dentro do eletrólito líquido.
GLCs podem ser usados mais para observar não somente a dinâmica dos materiais de eletrodo em cima lithiation, mas, também, sodiation (baterias de íon-nd), magnesiation (baterias de íon-Mg), potassiation (baterias de íon-K) e zinco inserção (baterias de íon-Zn). Além disso, além da decomposição de vários tipos de eletrólitos, alterações morfológicas dos materiais do eletrodo podem ser visualizadas dentro do GLC9,10. Esperamos que tais informações fornecerá informações valiosas para engenheiros que estão trabalhando na elaboração de baterias de íon secundário avançado.
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Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Este trabalho foi financiado pela nacional pesquisa Fundação da Coreia (NRF), concessão n. º 2014R1A4A1003712 (programa de BRL), a Coreia CCS R & D Center (KCRC) concedem financiado pelo governo da Coreia (Ministério da ciência, TIC e planejamento do futuro) (não. NRF-2014M1A8A1049303), uma concessão de End-Run de KAIST financiado pelo governo da Coreia em 2016 (Ministério da ciência, TIC e planejamento do futuro) (N11160058), o Wearable plataforma materiais Technology Center (WMC) (NR-2016R1A5A1009926), uma pesquisa nacional Fundação da Coreia (NRF) subvenção financiada pelo governo coreano (NRF-2017H1A2A1042006-Global pH.d. Fellowship Program), uma concessão de pesquisa nacional Fundação da Coreia (NRF), financiada pelo governo da Coreia (MSIP; Ministério da ciência, TIC & planeamento futuro) (NRF-2018R1C1B6002624), a Nano· Programa de desenvolvimento de tecnologia de material através da nacional Research Foundation de Coreia (NRF) financiado pelo Ministério da ciência e um TIC e o futuro planejamento (2009-0082580) e a NRF grant financiada pelo governo da Coreia (MSIP; Ministério da ciência, TIC & planeamento futuro) (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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