Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

Aşağıdaki deneyin genel amacı, pillerde gerçek zamanlı olarak döngüye giren elektrotlardaki yapısal değişiklikleri incelemektir. Bu, cihazlar şarj ve deşarja maruz kalırken bir senkrotron radyasyon tesisinde elektrot işlemlerinin ışın hattında incelenebilmesi için modifiye edilmiş test hücrelerinin monte edilmesiyle elde edilir. İkinci adım olarak, zaman ve çalışma koşullarının bir fonksiyonu olarak ışın hattındaki test hücreleri üzerinde veriler toplanır.

Daha sonra, şarj halinin bir fonksiyonu olarak meydana gelen yapısal değişiklikleri gözlemlemek için veriler işlenir ve analiz edilir. Fraksiyon verilerinin iyileştirilmesine ve yorumlanmasına dayalı faz değişiklikleri ve bozunma süreçleri de dahil olmak üzere elektrotların işleyişi hakkında fikir veren sonuçlar elde edilir. Bu tekniğin x-ışını toz kırınımı gibi mevcut geleneksel yöntemlere göre ana avantajı, sinyal gücünün çok daha yüksek olması ve elde etme süresinin çok daha hızlı olması ve verilerin hızlı bir şekilde elde edilmesine izin vermesidir.

Bu, cihazları gerçek zamanlı olarak izlememizi sağlar. Yerinde şarj ve deşarj yöntemleri, pil alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Pil performansı, kullanım ömrü ve güvenliği, pil bileşenlerinin kimyasal ve fiziksel bütünlüğünün korunmasına bağlıdır.

Syn dönüşü, x-ışını parçalama teknikleri, piller çalışırken yapı değişiklikleri, yüz geçişleri ve safsızlık oluşumu hakkında bilgi almamızı sağlar. Bunların bir performans için çok geniş kapsamlı etkileri olabilir. Bir syn claron tesisinde ışın hattı bilimcisiyim.

Deneylerin tasarlanması ve incelenmesi, verilerin toplanmasına, analizine ve sonuçların nihai olarak yorumlanmasına yardımcı olmak için pil bilimcileriyle işbirliği yapıyorum. Bu yöntemin görsel gösterimi, hücre montajının ayrıntıları deneyin başarısı için kritik öneme sahip olduğu için yararlıdır. Deneyin gerçek dünyada çalışan daha büyük ölçekli pilleri temsil ettiğinden emin olmak istiyoruz.

Prosedürleri gösteren doktorlar Ang, Hong Yi ve Mona olacak. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda, yüksek lisans öğrencisi Lei Chang'da ve laboratuvarda bilim adamı olan Dr.Guang Chen'de doktora sonrası çalışmalar yaptı. İlk adım, x-ışını toz kırınımı kullanarak ilgilenilen malzemeyi karakterize etmektir.

Düzgün parçacık boyutu dağılımı sağlamak için tozu öğüterek ve kafesleyerek iki ila üç gram numune yapın. Bu deney için. Tozun en iyi şekilde yerleştirilmesi için nikel, manganez, kobalt veya NMC kullanılır.

Arka plakayı s'den çıkarınampx-ışını kırınım ölçerin tutucusu. Numune tutucuyu bir cam kızağa yerleştirin ve boşluğu numune tozu ile doldurun. Arka plakayı yeniden takın, tutucuyu çevirin ve sürgüyü çıkarın.

Şimdi numune tutucuyu defaktör ölçere yerleştirin ve uygun şekilde hizalayın. Bu yapıldığında, cihazın kapılarını kapatın, refraktometri için uygun parametreleri ayarlayın ve taramayı başlatın. Veri toplama işlemi tamamlandıktan sonra, safsızlıkların varlığını belirlemek ve referans materyallerin veya hesaplanan modellerin varlığıyla eşleşip eşleşmediğini belirlemek için modeli analiz edin.

Düzgün bir şekilde yapıldıktan sonra, refraktometreyi kapatın ve numuneyi çıkarın, partikül morfolojileri belirlenir. Taramalı elektron mikroskobu veya SEM kullanarak. Alüminyum bir saplamaya karbon bant takarak numuneyi SEM için hazırlayın.

Sonra yapışkan tarafa toz serpin. Numunenin üzerinde bir mutfak mıknatısı tutarak düzeneğin manyetik olmadığından emin olun. Ardından, numuneyi hava kilidi aracılığıyla SEM odasına yerleştirin ve tahliyeye başlayın.

Bir vakum kurulduktan sonra, hızlanma voltajını açın. Düşük büyütme modunda çalışın ve görüntüyü ayarlamak için parlaklıkta otomatik kontrast düğmesini kullanın. X ve Y yönlerinde manuel olarak tarayarak bir ilgi alanı bulun.

Bir alan bulduktan sonra SEM modunu seçin. Dedektörü seçin. Ardından gerekli çalışma mesafesini, ardından kontrast ve parlaklığı ayarlayın.

Görüntüyü Z kontrolü ile odaklayın. Işını hizalayın ve astigmatizmayı düzeltin ve odaklanın. X ve Y kontrollerini kullanarak istediğiniz resimleri çekin ve kaydedin.

Bittiğinde, SEM'i kapatın ve numuneyi hava kilidi imalatı yoluyla çıkarın Polivinil iyot florür ağırlığının yüzde beş ila altısından oluşan bir çözelti oluşturmakla başlar. Daha sonra, karıştırılmış 240 miligram NMC, aktif malzeme ve 30 miligram asetilen iletken bir katkı maddesi değirmeni yoktur. Bu karışım iki saat boyunca 300 RPM'de.

Öğütme tamamlandıktan sonra, öğütülmüş karışımdan 180 miligram alın ve 0.4 mililitre NMP çözeltisi ekleyin. Ardından, akım toplayıcı malzeme ile bir doktor bıçağı hazırlayın, bu durumda karbon kaplı alüminyum folyo. Akım toplayıcıya elektrot bulamacı dökmek için doktor bıçağını kullanın.

Elektrotları çıkarın ve kurutma işlemini başlatın. Bu video için. Kurutmadan önce bir ısı lambası kullanılır.

Elektrotlar bu şekilde ortaya çıkar. Isı lambasının altında yaklaşık 30 dakika sonra böyle görünüyorlar. Bu noktada, bunları bir madeni para hücresinde kullanım için gereken boyuta kadar kesin veya delin.

Elektrotların her birini tartın. Elektrotları, ısıtılmış vakumlu anti hazneli inert bir atmosfer torpido gözüne aktarın. Kalan tüm nemi gidermek için 12 saatlik ek bir kurutma adımı gerçekleştirmek için anti odayı kullanın.

Elektrotlar artık bir madeni para hücresinde kullanıma hazırdır. Lityum folyoyu ve mikro gözenekli ayırıcıyı istediğiniz boyutta kesin. İhtiyaç duyulan tüm bileşenleri iç atmosferde toplayın.

Bir madeni para hücresine monte etmek için torpido gözü. Şimdi bileşenleri hücreye yerleştirin. Önce elektrotu yerleştirin, ardından ayırıcıyı, elektrolitik çözeltiyi koyun ve ardından folyo, bir NC iki X-ışını kırınım deneyi için bir madeni para hücresi presi kullanarak hücreyi kapatın.

Hücrenin her iki tarafına da sekmeler ekleyin. Ardından, deneyin bu kısmı için cihazı polyester bir torbaya kapatın. Bir senkrotron tesisinde güvenli ışın süresi.

Numuneyi güvenli bir şekilde bulunduğu yere taşıyın ve deney için hazırlanın. Doğru ışın koşullarını bulmak için ışını kalibre ederek başlayın. Daha sonra lantan heide'nin bir referans modelini ölçün.

Işın hattının erişim noktasına geri dönün. Hücreyi içeren poşeti alüminyum baskı plakalarına yerleştirerek NC iki x-ışını kırınım Deneyi ile devam edin. X-ışını ışınının iletilmesine izin vermek için deliklerin düzgün şekilde hizalandığından emin olun Potansiyel stattan gelen kabloları kontrollerden cihaza geri takın.

Elektrokimya başlamadan önce optimum ışın ve maruz kalma süresini bulun. Bir başlangıç modeli alın ve elektrokimya deneyine başlayın. Veri toplayın ve denemeyi izleyin.

Bu, C'de iki X-ışını kırınım verisi, bir lityum anot ve bir metal oksit katot içeren bir hücreden elde edildi. Katot, nikel, manganez ve kobalt için NMC'ler olarak bilinen bir elektrot malzemeleri ailesine aitti. Hücre, kalibrasyondan ve halka deseninin çizgi taramalarına dönüştürülmesinden sonra siyah izlerde gösterilen şarja ve yeşil ile gösterilen deşarja tabi tutuldu.

Her tarama, sistemin belirli bir andaki şarj durumunu temsil eder. Sabit akım altında, mavi renkte kıvılcımlanan tepe noktası alüminyum akım kollektöründen kaynaklanmaktadır. Kırmızı olanlar, ışın yolundaki polimer kese ve ayırıcıdan kaynaklanmaktadır.

Hücredeki lityum, esasen x-ışınlarına karşı şeffaftır. Hücrenin aktif malzemesine atfedilebilen indeks yansımaları, birim hücre parametreleri lityum içeriğinin bir fonksiyonu olarak değiştiği için işaretlenir. Bu fazdan kaynaklanan bazı tepe noktaları, alüminyum akım kollektörününkilerle örtüşüyordu.

Bazı desenlerde, bir kez ustalaştıktan sonra, bu prosedürü takiben 10 ila 20 saat içinde ışın hattında bir nstitute deneyi yapılabilir. X-ışını absorpsiyon spektroskopisi gibi diğer yöntemler, malzemenin yapısı ve geçiş metallerinin redoks durumlarının yük durumunun bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiği gibi ek soruları yanıtlamak için gerçekleştirilebilir. Bu videoyu izledikten sonra, bir senkron tron ışın hattında çalışmak için bir madeni para hücresi süperinin nasıl monte edileceğini iyi anlamalı ve hücre şarj ve deşarj olurken x-ışını kırınım modellerine ihtiyaç duymalısınız.