Summary
Aquí, presentamos un protocolo para la fabricación y preparación de una célula del líquido de grafeno en situ la observación microscopia electrónica de transmisión, junto con una síntesis de los materiales del electrodo y batería electroquímica celular pruebas.
Abstract
En este trabajo, presentamos la preparación de células de líquido de grafeno (administración), encapsulando materiales del electrodo y electrólitos líquidos orgánicos entre dos hojas de grafeno y la fácil síntesis de nanoestructuras unidimensionales mediante electrospinning. El CLV permite en situ la microscopía electrónica de transmisión (TEM) para la dinámica de la litiación de materiales del electrodo. El en situ utilizando un haz de electrones para la proyección de imagen y litiación GLC-TEM puede utilizar no sólo electrolitos de batería realistas, sino también la proyección de imagen de alta resolución de diversos morfológicos, fase, y transición interfacial.
Introduction
Recientemente, el consumo de energía ha aumentado constantemente, así como la importancia de los dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento. Para satisfacer una demanda, el desarrollo de baterías de iones de litio que tienen una alta densidad de energía, durabilidad y seguridad es necesario1,2. Para desarrollar baterías con propiedades superiores, una comprensión fundamental de los mecanismos de almacenamiento de energía durante su operación es esencial3,4,5.
In situ la microscopía electrónica de transmisión (TEM) ofrece ideas rico como puede mostrar la información estructural y química durante la operación de las baterías3. Entre muchos en situ técnicas TEM, la administración se han utilizado para la observación de la dinámica de la litiación de nanomateriales6,7,8,9,10,11 ,12. Administración consiste en un bolsillo de líquido sellado por dos membranas de grafeno, que proporcionan una interfaz real electrodo/electrolito impidiendo la evaporación del líquido dentro del alto vacío en un TEM columna6,7. Las ventajas de la administración son que permiten una resolución espacial superior y la proyección de imagen de alto contraste porque emplean electrónica transparente espesor monatomic grafeno como líquido de sellado de membrana13,14,15 ,16. También, TEM convencional puede ser aplicable para observar las reacciones de la batería, sin necesidad de utilizar costosos en situ titulares de TEM.
En este texto, presentamos cómo la reacción litiación puede observarse con GLCs. específicamente, irradiación del haz electrónico produce solvated electrones en el electrolito líquido, e iniciar litiación separando los iones de Li de las moléculas del solvente.
Administración también sirve como la plataforma más óptima para permitir la observación directa de los nanomateriales con morfologías diferentes, incluyendo nanopartículas6,9, nanotubos7,10,11e incluso materiales multidimensional12. Junto con el ex situ TEM análisis de materiales del electrodo después de la prueba real celda electroquímica, es posible que el sistema de GLC presentado aquí puede utilizarse para investigar el mecanismo de reacción fundamental.
Con tales ventajas de administración y ex situ experimentos introducimos aquí métodos de experimento detallado para los investigadores que están dispuestos a llevar a cabo experimentos similares de GLC. Los protocolos cubren 1) la síntesis de nanotubos de óxido (SnO2) de estaño (IV) como los materiales de electrodos nanoestructurados unidimensional típico, 2) la prueba de la célula electroquímica de la batería, 3) la preparación de GLC y 4) el desempeño de un TEM en tiempo real observación de.
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Protocol
1. síntesis de nanotubos de SnO2 por Electrospinning y posterior tratamiento térmico17
- Preparar una solución de electrospinning.
- Disolver 0,25 g de cloruro de estaño dihidratado en una mezcla solvente de 1,25 g de etanol y 1,25 g de dimetilformamida (DMF) a temperatura ambiente (RT, 25 ° C).
- Después de revolver por 2 h, añadir a la solución de electrospinning 0,35 g de polivinilpirrolidona (PVP) y revuelva la mezcla por otro de 6 horas.
- Realizar un electrospinning de las nanofibras compuestas Sn precursor/PVP.
- Cuando está bien preparada la solución de electrospinning, lavar el rectangular, flexible de acero inoxidable (30 x 20,5 cm) con desionizada (DI) agua y etanol 2 x - 5 x y secado con aire a 60 ° C durante 10 minutos.
- Transferir la solución de electrospinning a una jeringa de 10 mL por bloqueo de un lado de la jeringa y dejar que la solución de electrospinning fluyen en la jeringa.
- Conecte una aguja de 25 G a la jeringa.
Nota: Otros tipos de agujas, como agujas 23 G y 17 G, también pueden ser utilizados. En el presente Protocolo, la aguja de 25 G se utiliza como la aguja estándar. - Fije el secado flexible de acero inoxidable en la batería con cinta.
- Abra el software de controlador de electrospinning e introduzca los parámetros de electrospinning (velocidad de flujo: 5-20 µL·min-1, monto total de la solución: 3-15 mL) para el correcto funcionamiento del dispositivo de electrospinning.
Nota: Aquí, el flujo óptimo es 10 µL·min-1 y la cantidad total de solución es 5 mL. - Fijar la jeringa con la aguja de 25 G en el dispositivo electrospinning y, a continuación, fijarla con cinta.
- Antes de electrospinning, presionar la jeringa hacia el colector hasta que la solución de electrospinning fluya bien a través de la aguja de 25 G. Luego, conecte la punta de la aguja a los clips de cocodrilo doble, que también están conectados al colector.
- Ruede el rodillo (100 rpm) e iniciar el software de programa de electrospinning.
- Modulan la tensión mediante el uso de un sesgo de voltaje (figura 1a) entre 10-25 kV para permitir la electrojetting de los conos de Taylor para operar el proceso de centrifugado eléctrico.
Nota: Aquí, óptimo voltaje aplicado es 16 kV.
- Llevar a cabo la calcinación de las nanofibras compuestas Sn precursor/PVP.
- Una vez finalizado el proceso de electrospinning, raspar las nanofibras como hilar en el flexible de acero inoxidable con una maquinilla de afeitar y transferencia dentro de una caja de alúmina.
- Inserte el cuadro de alúmina en el horno de caja y las condiciones de tratamiento térmico para el horno de caja: 600 C ° o 700 ° C por 1 h, con una tasa de rampa de 10 ° C·min-1.
- Después de la calcinación, enfriar el horno a 50 ° C y, luego, se transfieren las muestras calcinadas (es decir, nanotubos de SnO2 ) para el vidrio del frasco (figura 1b).
2. Test en cubetas electroquímica de la batería
- Prepare el electrodo.
Nota: La mezcla de electrodo se compone de 10 wt % carpeta, 10 wt % negro de humo y 80% en peso de materiales activos (en este caso, nanotubos de SnO2 ). Puede ajustar la cantidad de la mezcla y la composición de cada ingrediente en la mezcla.- Cortar la lámina de cobre (Cu) a 10 cm de ancho x 30 cm de largo y usando etanol, fijarla sobre un sustrato de vidrio rectangular (25 x 15 x 0,5 cm).
- Mezcla 0.02 g de negro de carbón, 0,027 g de ácido poliacrílico (35% peso) y 0,166 g de carboximetil celulosa (6% en peso) en un crisol. Agregar tres a seis gotas de agua desionizada (DI) en el crisol para permitir una mezcla homogénea.
- Añadir 0,16 g de SnO2 nanotubos en el crisol. A continuación, agregar tres a ocho gotas de agua desionizada en el crisol para permitir una mezcla homogénea.
- Conecte a tierra todos los ingredientes en el crisol durante 30 minutos para que la mezcla sea lo suficientemente viscosa para lanzar bien en la hoja del Cu.
- Cuando la mezcla de electrodo se prepara bien, lugar de la mezcla en la parte superior de la Cu en el substrato de cristal de la hoja y lo echó uniformemente usando un rodillo de fundición.
Nota: Generalmente, el espesor de la mezcla es 60 μm pero puede ser más o menos. - Seque el Cu fundido a la mezcla de la hoja a 60 ° C por 10 min y sello dentro de la bolsa de plástico antes de la Asamblea de la célula de la batería.
Nota: La hoja del Cu fundido a la mezcla puede verse en la figura 1c.
- Montar los elementos de la batería.
- Calentar el horno a 150 ° C. Luego, introduzca el Cu fundido a la mezcla de la hoja en el horno.
- Llenar el horno de convección con vacío bombas centrífugas para secar el solvente residual en la mezcla, evitando la oxidación de la hoja del Cu.
- Después de calentar el Cu fundido a la mezcla de la hoja a 150 ° C por 2 h, rellenar el horno de convección con aire cierre la línea de vacío y abriendo la línea de salida en la bomba rotativa para abrir la cámara.
- Tomar el Cu fundido a la mezcla de la hoja de la cámara y perforar con un punzón círculo (punch diámetro: 14 mm). Pesan la hoja perforada del Cu fundido a la mezcla y coloque en la celda de batería de fondo.
- Utilizar la mitad de una celda para el montaje de las celdas de la batería. Después de colocar el Cu fundido a la mezcla de la hoja en la parte inferior de la célula de la batería, transferir las muestras a la antichamber de la guantera.
- Vacío el antichamber durante 30 minutos y, a continuación, transferir las muestras en el interior guantera.
- Montar las baterías en el siguiente orden: inferior célula de la batería, hoja del Cu fundido a la mezcla, separador, Junta, primavera, espaciador y célula de la batería superior. Gota del electrólito después de que el separador se coloca en la celda de la batería.
- Comprimir la célula de la batería en una celda de batería completa por un compresor. Luego, hacia las células de la batería de pruebas electroquímicas antichamber en la guantera y tomar las células de la batería de la caja de guante.
- Medir el voltaje de circuito abierto (OCV) de un multímetro digital y la célula de la batería a temperatura ambiente para 1-2 d la edad.
- Prueba de la célula electroquímica de la batería.
- Calcular el peso de los materiales activos restando el peso del Cu de la de la hoja del Cu fundido a la mezcla de la hoja y dividiendo por la porción de la materia activa.
- Calcular la corriente en la que la célula de la batería necesita para ejecutarse multiplicando la densidad de corriente (mA·g-1) con el peso de la materia activa.
- Inserte las pilas electroquímicas en el probador de batería de la célula. Aplicar la corriente (correspondiente a 0.05 A·g-1 para el ciclo de formación y varias densidades de corriente en el rango de 0.1 A·g-1 a 10.0 A·g-1 para las capacidades de velocidad y pruebas de ciclo) para cada celda de la batería usando el medidor de célula de batería programa.
- Se aplican diversas corrientes para cada celda de la batería si se prueba en varias densidades de corriente.
3. preparación de la célula del líquido de grafeno
- Sintetizar grafeno por deposición de vapor químico (CVD).
- Cortar la hoja del Cu (pureza: 99,9%, grueso: 0,0125 mm) con tijeras en trozos con una dimensión de 10 x 3 cm.
- Enjuague el Cu de la hoja de paso 3.1.1 con alcohol isopropílico (IPA) para eliminar el polvo o contaminantes y tratar con 100 mL de 20 wt % de ácido fosfórico (H3PO4) por 20 min eliminar óxido nativo en la superficie de la lámina de Cu en una placa de Petri de vidrio. Luego, introduzca el Cu de la hoja en agua desionizada durante 10 minutos otro completamente aclarado el restante H3PO4.
- Mover el Cu de la hoja para el tubo de cuarzo (diámetro exterior: 40 mm, diámetro interno: 36 mm) de los equipos de CVD.
- Haga funcionar la bomba rotatoria y espere hasta que el nivel de vacío es bajo 2 x 10-3 Torr. A continuación, elevar la temperatura a 150 ° C para remover completamente el oxígeno y la humedad dentro del tubo de cuarzo de la ECV.
- Elevar la temperatura de RT a 1.000 ° C en 40 minutos con 10 sccm H2 del flujo del gas. Mantener la temperatura de la cámara por otro 40 min a templar la hoja del Cu.
- Apague en 60 sccm de gas CH4 25 minutos enfriar abajo la cámara CVD a RT. a su vez el CH4 y H2 gases a 300 º C.
- Tomar la hoja del Cu (figura 2a) de la cámara de CVD y mantenerlo en un desecador.
- Transferir el grafeno.
- Para quitar el grafeno en el reverso de la hoja del Cu, realizar la aguafuerte del plasma utilizando un plasma limpiador con los siguientes ajustes: un flujo de Ar (de 100 sccm), tiempo (60 s), potencia (de 30 W) y una presión base (de 5.0 x 10-2 Torr).
- El Cu de la hoja con el grafeno que fue sintetizada en el paso 3.1 a la 3 x 3 mm con tijeras de corte. Colocar la hoja del Cu entre diapositiva dos vasos y prensa para que sean planos.
Nota: Cuatro trozos de hoja del Cu se colocan juntos entre dos copas de la diapositiva. - Coloque rejillas de carbón perforado Au (300 mesh, R2/2) en cada pedazo de hoja del Cu (figura 2b). Gota de 20 μl de IPA en la hoja de cuadrícula/Cu Au.
- IPA de succión con una punta de micropipeta que se conecta a una bomba rotativa. Después de aspirar, secar la hoja de cuadrícula/Cu Au a 50 ° C durante 5 minutos.
- Conducta del papel de la aguafuerte de la Cu en 10 mL de persulfato de amonio de 0.1 M por 6 horas en un vaso de 6 cm plato de Petri (figura 2c).
Nota: Los platos de Petri de vidrio deben limpiarse con IPA y DI el agua antes de usarlo para evitar la contaminación de las partículas Si. - Pala las rejillas de Au con un Pt lazo y a un placa de Petri de vidrio lleno de agua DI a 50 ° C, para eliminar totalmente los contaminantes restantes del grabador16.
- Sacar las rejillas del Au del agua DI y secar por 6 horas a temperatura ambiente y presión atmosférica.
- Fabricar la administración.
- Preparar la mezcla de electrolitos y nanotubos. Dispersar a 0,06 g de polvo de nanotubo en 10 mL de electrólito, que se compone de 1,3 M hexafluorofosfato de litio (LiPF6) carbonato de etileno (CE) y carbonato de dietilenglicol (DEC) (cociente del volumen 3:7) con 10% en peso de carbonato de fluoroethylene (FEC).
Nota: La composición del electrólito es la misma que la usada en la prueba de la célula electroquímica de la batería. Varios electrólitos pueden emplearse en administración, tales como 1 M LiPF6 disuelto en la CE, DEC, y dimetil carbonatos (DMC) en una proporción volumétrica de 1:1:1, 1 M hexafluorofosfato de sodio (NaPF6) disuelto en la CE, 1 M de perclorato de sodio (NaClO 4) disuelto en carbonato de polietileno (PC) con 5% en peso de FEC, 0.1 M de bis(trifluoromethanesulfonimide) de magnesio (MgTFSI) en diglyme y 1 M de NaClO4 en PC. - Mueva la mezcla de electrolitos y rejillas de Au transferido de grafeno en una guantera que está llena de ar.
- Coloque una rejilla de Au transferido de grafeno en el fondo. Colocar 20 μl de mezcla de electrolito en la rejilla inferior.
- Sostenga el otro grid transferido de grafeno con una pinza y coloque en la parte superior de la rejilla inferior.
Nota: Este procedimiento debe hacerse rápidamente antes de que el electrolito haya secado (figura 2d). - Secar la muestra dentro de la guantera por 30 min, durante el cual el líquido se encapsula espontáneamente entre las dos hojas de grafeno como se seca.
Nota: La cantidad de líquido atrapado depende de qué tan bien el grafeno ha sido trasladado y qué tan bien se coloca la rejilla superior.
- Preparar la mezcla de electrolitos y nanotubos. Dispersar a 0,06 g de polvo de nanotubo en 10 mL de electrólito, que se compone de 1,3 M hexafluorofosfato de litio (LiPF6) carbonato de etileno (CE) y carbonato de dietilenglicol (DEC) (cociente del volumen 3:7) con 10% en peso de carbonato de fluoroethylene (FEC).
4. realizar en tiempo real TEM
- Administración de carga en un sostenedor TEM solo inclinación convencional.
- Coloque la muestra GLC (dos adjuntos transferidos de grafeno Au rejillas) en el soporte de inclinación solo TEM.
- Si las dos redes no se apilan perfectamente, la muestra GLC no cabrán en el soporte TEM. En ese caso, corte el borde de las rejillas del Au con una cuchilla de afeitar.
- Después de la muestra GLC es montada en el soporte del TEM, poner el soporte TEM dentro el TEM y revise cuidadosamente el nivel de vacío.
- Grabar videos en tiempo real de la TEM.
- Encontrar la región donde se encapsulan el nanotubos de SnO2 con electrolito líquido.
Nota: Para averiguar si existe líquido alrededor de los nanotubos de SnO2 , irradian un haz de electrones durante unos segundos. Si se observa algún movimiento de líquido o la descomposición de un electrolito, es muy probable que la zona es encapsulada con el líquido. - No alineación para TEM y ajustar la dosis de haz de electrones para iniciar la reacción ajustando la perilla de brillo.
Nota: La alineación adecuada para TEM incluye alineación de usuario, tales como altura Z alineación pistola tilt/shift, beam tilt/shift, alineación de la apertura y alineación de stigmation. Estos procedimientos se realizan mejor en otra zona (justo al lado de la región encontró en el paso 4.2.1) para no dar ningún daño a SnO2 nanotubos y líquido electrolito. La tasa de dosis del haz de electrón para iniciar la litiación suele ~ 103e–/Å2· s, pero puede variar con cada instrumento TEM. - Ejecute el programa de la microscopia y la cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) según las instrucciones del fabricante.
- Presione el botón de grabación en la ventana de vídeo de alta definición (HD) y grabar la reacción que ocurre en la muestra GLC.
- Encontrar la región donde se encapsulan el nanotubos de SnO2 con electrolito líquido.
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Representative Results
Nanotubos de SnO2 fueron fabricados por electrospinning y calcinación posterior, durante el cual las estructuras porosas y nanotubulares pudieran verse claramente, según la imagen de SEM (figura 3a). Una estructura nanotubular proviene de la descomposición de PVP, mientras que el precursor de la Sn en el núcleo se mueve hacia fuera debido al efecto de Kirkendall17,18. Además, maduración de Ostwald se produce además del efecto de Kirkendall, resultando en el crecimiento de SnO2 nanogains19. La imagen TEM (figura 3b) muestra que tales sitios porosos son más visualmente claro, indica el número de manchas blancas en los nanotubos de SnO2 . Las estructuras cristalinas de SnO2 son policristalinos casiterita estructuras (figura 3c), según la literatura previamente publicada17.
En cuanto a características electroquímicas de los nanotubos de SnO2 , diversos aspectos de los nanotubos de SnO2 fueron examinados en detalle. Para comenzar con el perfil de carga y descarga de los nanotubos de SnO2 en el ciclo de formación se muestra (figura 4a), que exhibe perfiles de voltaje estable con una eficiencia de coulombic inicial de 67.8%. La meseta de voltaje que existe a 0.9 V, puede ser atribuida a la reacción de dos fases (la reacción de conversión del SnO2 Sn), similar a las descripciones en anteriores obras9,20. La formación irreversible de Li2O durante la reacción de conversión de SnO2, junto con la formación inestable de la capa de interfase (SEI) de electrolito sólido, resultó en una reacción reversible mal con Li en el ciclo de formación. Los nanotubos de SnO2 exhiben ciclo estable a 500 mA g-1, con coulombic eficiencias por encima del 98% (figura 4b). Las capacidades de tarifa de los nanotubos de SnO2 (figura 4c) se presentan también, donde los nanotubos de SnO2 conservan gran capacidad (> 700 mAh g-1) incluso a una alta densidad de corriente de 1.000 mA g-1 . Sin embargo, pérdida de la capacidad inicial irreversible debe examinarse más detalladamente métodos en situ TEM.
En general las caracterizaciones de grafeno se muestran en la figura 5. Figura 5 una muestra el espectro Raman de grafeno sintetizado en hoja del Cu. La relación entreg y2D era 2.81, que partidos bien con la relación de grafeno monocapa sobre sustrato Cu policristalino, indicando eso grafeno monocapa fue sintetizada. La imagen de SEM de grafeno transferido en una rejilla TEM Au se muestra en la figura 5b, demostrando que la cobertura del grafeno fue buena después de su transferencia a la red de Au TEM. La imagen TEM y el correspondiente patrón de difracción (SAED) electrón área seleccionada de grafeno transferido se muestran en la figura 5c, d. Las manchas de difracción hexagonal indican bien el grafeno monocapa.
Imágenes TEM de series de tiempo de administración se muestran en la figura 6, que se capturan desde S1 de la película. Cuando la administración se fabrica bien, tienen los bolsillos múltiples del líquido cuyo rango de tamaños de decenas de nanómetros a cientos de nanómetros, dependiendo de la solución y nanopartículas de7,14. En este experimento, utilizando solución de CE/DEC/FEC y nanotubos de SnO2 , el tamaño de la bolsa de líquido fue de 300-400 nm. El voltaje de aceleración era 300 kV y el electrón viga dosificación 743.9 e–/Å2· s, que es bastante para litiación proceder pero no para el daño severo de la viga. A través de la irradiación del haz constante de electrones, electrones disueltos y radicales desencadenan una reacción secundaria con la sal y el solvente. Aquí, la descomposición del electrolito y la formación de una capa SEI fueron observados en la etapa inicial, de acuerdo con algunos de los anteriormente informados de resultados6,7,8,9 ,21.
Figura 1 : Imágenes de la cámara digital de la configuración de electrospinning preparado nanotubos de SnO2 y electrodo. (un) Electrospinning, (b) SnO2 nanotubos y (c) el electrodo fundido a la mezcla. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Imágenes de cámara digital que muestra el grid transferido de grafeno y la fabricación del grafeno líquidas células. (a) el grafeno monocapa sintetizada en hoja del Cu, (b) una rejilla TEM Au en hoja del Cu, (c) el proceso de producción de láminas de Cu de amonio de 0.1 M persulfato y (d) apilan rejillas Au dentro de una caja de guante. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Caracterización de nanotubos de SnO2 antes de la encapsulación dentro de la hoja de grafeno de. Estos paneles muestran (una) una SEM imagen, imagen de (b) un TEM y (c) el patrón SAED de los nanotubos de SnO2 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Batería electroquímica celular pruebas de los nanotubos de SnO2 . Estos paneles muestran (a) la carga y descargan de perfil, (b) el mantenimiento del ciclo de características y capacidades (c) la tarifa de los nanotubos de SnO2 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Caracterización de grafeno sintetizado. Estos paneles muestran (a) la Raman spectrum, (b) la imagen de SEM, (c) la imagen TEM y (d) el patrón SAED del grafeno monocapa. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Imágenes de TEM en tiempo real del proceso de administración litiación. Se observan electrólito descompuesto y la formación de una capa SEI en la superficie de un nanotubos de SnO2 para 0 - 45 s. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Película S1. Litiación de GLCs. La superficie de un nanotubos de SnO2 se visualiza dentro de electrolito líquido. Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)
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Discussion
Hay pasos críticos dentro del protocolo. En primer lugar, la transferencia de grafeno hacia la rejilla TEM necesita especial atención de los investigadores. Es importante manejar las rejillas con las pinzas y no dañe cualquiera de las redes, por ejemplo destruyendo la membrana de carbono amorfo o doblar el marco. Este tipo de daño resultará en una pobre cobertura del grafeno y afectan el número de bolsillos de líquido. Además, colocar la rejilla superior en la posición correcta es fundamental. Como se describe en el protocolo, la parrilla superior se colocarán rápidamente antes de que el líquido se haya secado. Durante este proceso, los investigadores pueden dañar la rejilla superior o colóquelo en la posición correcta (es decir, no en el centro de la rejilla inferior). Similares a los daños incurridos durante el proceso de transferencia, esto reducirá la producción de células de líquido. Así, se necesita mucha práctica con el manejo de las rejillas TEM repetidamente fabricar administración.
Es importante asegurarse de que la hoja del Cu fundido a la mezcla se haya secado completamente antes de la Asamblea de la célula. Esto es importante porque la presencia de agua puede degradar el rendimiento general de la célula. Además, la mezcla debe ser fundida en la hoja del Cu uniformemente, por lo que la cantidad de carga de material activo es similar. Por otra parte, es importante encontrar que el lugar adecuado para la observación de TEM, donde el líquido está completamente sellado por las hojas de grafeno y existe suficiente líquido para litiación continuamente puede llevarse a cabo. A pesar de que los investigadores siguieron los pasos como se demuestran en el protocolo, a menudo observarán las reacciones incompletas y el agotamiento de electrolito líquido alrededor de los activos materiales. Para encontrar el lugar adecuado para la observación de TEM, los investigadores deben iluminar el haz de electrones durante unos segundos y observar si existe suficiente líquido para que mayor reacción ocurrir.
La limitación de la técnica GLC con litiación de observar es que la dinámica es posible sólo sobre litiación, no delithiation. Porque litiación dentro GLCs es iniciado por un haz de electrones y la reducción del electrólito circundante, el ambiente oxidante opuesto no puede realizarse. Esta es una limitación en comparación con otras técnicas en situ TEM que bias se pueden aplicar al sistema, como un microscopio de efecto túnel (STM)-TEM titular o titulares de la electroquímica. Además, como se unen dos redes y no se quita la rejilla superior en este experimento, disolventes acuosos tienen menos capacidad para pegarse dos rejillas y electrólito orgánico por lo tanto se prefiere.
Administración proporciona avances importantes en tres maneras diferentes. 1) proporcionan imágenes de alta resolución en un electrolito líquido que es difícilmente realizable en otras plataformas TEM en situ . 2) que no requieren la compra de un soporte adicional en situ TEM. 3) también, diversos tipos de nanomateriales (como nanosheet, nanopartículas o nanofibras) pueden visualizarse en el electrolito líquido.
Administración puede utilizarse para observar no sólo la dinámica de los materiales del electrodo litiación sino, también, sodiation (baterías de iones de Na), magnesiation (baterías de iones de Mg), potassiation (baterías de iones de K) y zinc inserción (baterías de iones de Zn). Además, más allá de la descomposición de diversos tipos de electrolitos, cambios morfológicos de los materiales del electrodo se pueden visualizar dentro de la GLC9,10. Esperamos que tal información proporcionará información valiosa para los ingenieros que trabajan en el diseño de las baterías de ion secundaria avanzada.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue financiado por la Fundación de investigación nacional de Corea (NRF), concesión Nº 2014R1A4A1003712 (programa de R$), la Corea CCS R & D Center (KCRC) concesión financiada por el gobierno de Corea (Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro) (no. NRF-2014M1A8A1049303), una subvención relacionada de KAIST financiado por el gobierno de Corea en el año 2016 (Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro) (N11160058), el vestir plataforma materiales tecnología Center (WMC) (NR-2016R1A5A1009926), una investigación nacional Fundación de Corea (NRF) beca financiada por el gobierno coreano (NRF-2017H1A2A1042006-Global programa de becas de doctorado), una subvención de la National Research Foundation de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIP; Ministerio de ciencia, TIC y planificación futura) (NRF-2018R1C1B6002624), el Nano· Programa de desarrollo de material tecnológico a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de ciencia, un TIC y futuro planificación (2009-0082580) y grant NRF financiado por el gobierno de Corea (MSIP; Ministerio de ciencia, TIC y planificación futura) (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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