使用红外光谱发展和改善锂离子电池

一个锂离子电池。图片来源:加纳克Dharmasena / Shutterstock.com

锂电池发挥重要作用在现代便携式电子设备,提供一个可靠的电动汽车电源操作,笔记本电脑和移动电话。

研究人员正在努力开发锂技术大规模的电力存储选项来支持国家电网高峰需求。然而,锂电池的能量密度仍然是一个主要问题,提出了一个问题:更多的力量怎么能挤进一个打火机和较小的空间?

在搜索改善锂离子电池的研究表明细胞组成的富锂阴极的大约50%更高的能量密度比传统锂电池。

使用红外和拉曼spectroscopy-based技术已经用于锂电池的化学过程的分析,特别是氧气在阴极氧化反应所扮演的角色。

改善锂离子电池被视为一个重大的挑战在实现大规模电动汽车技术的吸收。图片来源:梅Kastelic / Shutterstock.com

理解电化学过程

内部流程的理解,发生电化学循环至关重要的一部分,建立一个真正高效的锂电池和安全。电极/电解液界面是特别重要的由于其能力来控制细胞的动力学和稳定性影响的力量,安全,和循环稳定性。

表面红外光谱等表征技术价值由于缺乏足够的知识在锂离子电池的界面反应。

原位红外光谱可以用来分析在电池电极/电解质界面的操作。这被认为是一个强大的方法,因为它能够提供数据在电化学循环不断。这种能力从放松和消除错误数据的产生污染。

使用一个衰减全反射(ATR)附件为反应细胞,如金门从Specac™,允许原位红外光谱在实验室中进行。振动光谱(拉曼和红外)是一个强大的分析工具表面的原位分析过程发生在锂离子电池。

使用红外和拉曼光谱作为补充方法允许红外调查之间的接口使用有机电解液和锂和拉曼研究电极材料的结构变化。

电极使用原位红外光谱分析的一个例子。在这个实验中一个电化学的电池使用铂电极和磨碎的石墨烯电极被分析。图片来源:Ya-Qing Bie /自然审稿

观察树突形成和电极降解

充电/放电的循环次数时,经验丰富的锂电池,特别是在快速,锂电极表面降解。这退化导致小锂纤维称为树突的形成,降低电池的容量。

树突继续形式在电池的使用寿命,从锂电极表面纤维生长,延长锂在电解液,直到他们接触到另一个电极。这种发展导致电池短路,从而导致过热和可能引起火灾。

根据正在进行的研究,树突的形成是由于籽晶污染物出现在电解液中,提供一个集中的发展电极地下结构导致树突。如果可以解决树突,轻,锂电池的能量密度高,能够使用锂阳极可以生产。

固体电解质界面和退化发生后不断的循环和改造其他电池性能恶化的问题。

反应细胞辅助Specac金门™允许的原位电化学分析

在实践中使用红外研究电极

表面特征对锂和碳电极可以有效地使用表面敏感的红外光谱分析。提供具体的数据关于化学键和官能团是这项技术的力量,这意味着它可以用于瞬态锂物种的决心。

同时,这种非破坏性技术可以使用原位电极分析在一个广泛的红外光谱库,常见锂物种是可用的。最近的一项研究与红外光谱分析树突形成的过程,提出一个解决方案来解决树突形成和电解液不稳定问题。

离子液体,N-propyl-N-methylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl)酰亚胺,组成的一个特定的混合锂盐在这项研究是用于治疗电极在充电和骑自行车。一个持久和锂离子渗透固体电解质界面(SEI)所提供的这一过程,持续了超过1000次的库仑效率超过99.5%。

使用红外调查这个方法证明低树突形成和低变化率在电解液实验。红外光谱是一种理想的工具来分析SEI层的形成和随后的演化在原位锂电池。然而,抛光电极表面是首选在测试细胞因为红外和拉曼技术是基于反射测量。

稳定的未被污染的环境和恒定的温度对红外光谱电化学细胞至关重要,可以通过使用专门设计的ATR细胞,进行电化学实验。

红外配件进行电化学分析

Specac提供了一个高性能单反映整体钻石阶段称为金门™ATR附件,这被认为是黄金标准应用在光谱电化学实验中由于各种抽样选择材料的可用性分析。有了这个特性,分析可以在不同的温度下进行反应细胞。

最小的样品制备要求金门™ATR。本附件适用于高通量的定性和定量研究电解质液体,固体和凝胶传输光谱。

Specac还提供一个反应细胞变异为原位红外测量电极压力高达3000 psi,如果需要,温度高达200°C。

找到更多关于金门原位反应细胞

从Specac金门™

Specac提供另一个ATR附件,™的追求更为常规的高通量分析在一个扩展的波长。ATR附件配备Synopti-Focal阵列技术,所有反射金色涂布光学晶体和四个可互换的妖精,使其适合的分析样品在中期和远红外范围。

从Specac™的追求

这些信息已经采购,审核并改编自Specac提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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