用拉曼显微镜显影电池和燃料电池材料欧洲杯足球竞彩

东北大学科学学院的Sanjeev Mukerjee教授向AZoM讲述了他的研究欧洲杯线上买球，他的研究是利用拉曼显微镜来开发电池和燃料电池材料的电催化。欧洲杯足球竞彩

你能介绍一下你的背景吗?你是怎么进入电化学领域的?

我是东北大学理学院的教授。欧洲杯线上买球我在这里工作了20年，从一名助理教授一路晋升到现在的杰出教授。

我在印度完成了我的本科和硕士学位，然后来到美国在德克萨斯农工大学攻读博士学位这是世界上做燃料电池研究最好的地方之一。在我读本科的时候，我对催化非常着迷，我的职业生涯开始于研究氢的催化作用。

当我开始接触电催化时，我真的开始喜欢上它了。这是最优雅的催化形式，你可以控制催化材料的状态密度。欧洲杯足球竞彩

您能描述一下您目前或最近在电催化方面的一些研究项目吗?

我们有多个研究项目。最近的项目之一是通过使可持续催化剂材料在碱性环境中进行可持续催化剂材料来降低氢气成本，以在电压下进行氢气进化反应，这将使氢气产生在2千克以下。欧洲杯足球竞彩该项目由能源部资助，我们希望通过燃料电池汽车彻底改变能量储存和运输。

另一个项目是研究锂-空气电池，我们试图使氧反应在非水电解质环境中可逆。

我们也试图取代铂的第三个项目运行在传统的燃料电池,燃料电池温度和介质温度较低,如质子交换膜燃料电池温度以及磷酸,这将彻底改变燃料电池运输中使用汽车或轻型卡车。

然后有宇宙的项目，例如来自NASA的新人，我们正在尝试启用CO₂作为等离子体热解项目的一部分，在封闭的密闭环境中进行缓解，以实现氢泵的整体设置。

汽车行业的电气化和储能需求的增加等广泛变化对电池行业有什么影响?

这是一场无声的革命。可再生电子的成本已经大幅下降。与我们10年前拒绝的价格相比，太阳能和风能发电的成本与超级热电站单位电力成本持平或更低。

主要是我们需要能量存储，并且能量存储必须可靠，并且它必须可扩展且价格实惠。这是电化学可以提供非常好的解决方案的地方。现在有解决方案，但它们非常昂贵，这就是我们努力改变的原因。

当然，另一个大领域是电池驱动的电动汽车，它将彻底改变我们的交通。再加上自动驾驶模式，人们就会质疑你是否需要买车。整个共享经济，以及你可以通过智能手机上的应用程序，按需前往任何地方的事实，再加上它将是由电池供电的。你不需要担心给电池充电的问题，因为这是运营运输服务的人的特权。

我们的生活方式，我们的行动方式，一切都将慢慢改变。这就像计算，然后互联网接管了我们的生活。现在，像我女儿这样的人无法想象没有Wi-Fi的生活。它就像氧气一样。对年轻人来说，就是这样。

我们将慢慢地远离内燃机，或者整个想法燃烧的东西，移动人们，激发我们的环境。整件事将被替换。

图像验证：buffaloboy / shutterstock.com

几年前，即使我们没有锂离子电池，我们也有镍金属氢化物电池，模拟手机将持续一周，因为基本上你所做的是谈论它。现在，在能量密度甚至功率密度的情况下几乎高出锂离子电池，即使是电源密度，我的智能手机就持续了一天。这取决于我如何使用它。

是的，我们对我们的设备的要求越来越高，尤其是我们称之为智能手机的这个了不起的设备。它的一切。你有没有想过……我们曾经用黑胶唱片和cd来储存音乐。像我这样的人，我有好几百个。书架上摆满了cd。现在，所有的东西基本上都符合这个。这是一个了不起的装置。

作为研究生，我们经常去买音响。现在，我实验室里的所有研究生都没有车，没有立体声系统，也没有电视。这是非凡的。现在，当然，虚拟现实耳机，这是惊人的。谁会想要一台电视?但你需要一块电池。

有趣的是，如果你的车开始占据主导地位，很明显，它们需要储存的电量是巨大的。

一辆典型的电动汽车需要75千瓦时的电池。那是一个巨大的电池组。安全是最重要的，因为如果你不好好对待锂离子电池，它就会爆炸。这是一个巨大的能量密度压缩在一个相对较小的体积。这是大多数电动汽车制造商集中精力的地方。

这些工业趋势如何改变对更先进的电化学技术的需求?这对你自己的工作有什么影响?

好吧，当你在大学时，我们的工作是看看基本科学，它将影响技术10到20年的线路。欧洲杯线上买球这就是我看着锂气电池的方式。我们有很多问题，我们只是在试图理解它们的一开始。

但就能够查看具有最高能量密度的电化学夫妇而言，锂 - 氧夫妇是主要的。如果您查看标准的减少潜力，您将看到两者都在频谱的相反目的。

这是很自然的，作为一个电化学家和一个喜欢研究电池相关技术的人，这将是一个自然的进展…我渴望去的地方。这就是我参与其中的原因。我认为这在短期内不会发生。这将是一个非常长期的研究任务。

但同时，我们也有短期目标。努力提高目前锂离子电池的安全性是人们向往的崇高目标之一。这些也在我们的工作范围内。

如何在电池开发中使用拉曼和FT-IR技术，以及您使用的分析工具套件中的重要性是多么重要？

这些是振动光谱。它们通常看待在电极表面上吸收的东西，并且它们彼此互补。

大多数时候，FTIR在我们使用的材料范围内有太多干扰峰，因此拉曼实际上对我们来说更有用。欧洲杯足球竞彩我们将它用于各种各样的东西。如果我们试图看看过渡金属氧化物和氧化状态，随着锂离子插入结构，我们可以从不同的过渡金属氧化物的角度来看电荷组合物。

我们也可以从SEI层形成的角度来看，这是固体电解质界面。固体电解质界面是关系到锂离子电池安全性的一个非常重要的方面，因为它们是在电极表面形成的防止其失控的钝化层。

例如，当我谈到过渡金属氧化物时，有一些不稳定的氧化态，我们不希望它朝这个方向发展。这是另一个与安全相关的问题。

所有这些，试图理解电解质是如何在循环过程中降解的，所有这些都可以通过拉曼光谱来研究。这就是我们在这里努力实现的。

您是否已从最近的项目中获得任何具体示例，您正在谈论您正在做的发现或研究，这是依赖于拉曼显微镜或拉曼光谱的级数？

是的，对于锂 - 空气电池，我们正在使用拉曼在我们进行氧还原时，了解非水壳中的不同电解质与催化剂材料相互作用。类似地，对于氢进化反应，我们正在寻找催化剂材料在富含碱性环境中的相互作用，特别是当我们考虑阴离子交换聚合物的离聚物时，因为它们中的一些特别吸收到所在的各种过渡金属催化剂材料。

所有这些都是我们目前如何使用它的典型例子。当然，随着我们在不同的项目中发展，它会改变。

你们实际使用的仪器和你们与制造商的合作关系有多重要?

与制造商的伙伴关系非常关键，因为大部分时间我们都处于分析工具的尖端。能够与应用程序人员交谈，那些设计这些乐器的人是我们试图在这里实现的一项非常关键的方面。

当然，这是与我们的同行竞争的问题。如果我们能通过与一家仪器制造商和高端仪器制造商建立良好的关系而获得优势，我们当然愿意实现这一点。

这就是为什么我们与赛默费雪的合作如此重要，因为我们与设计拉曼显微镜的人交谈。随着我们的进展，我们尝试在原位操作条件下进行光谱学，所以当我们在操作条件下进行时仪器与细胞相互作用的某些方面是非常关键的。这就是我们合作的有效之处。

关于充电距离，FTIR和Raman数据可以帮助您解决哪些电池挑战?

这些都与材料的选择有关，以及材料如何与你使用的混合电解质相互作用，当然，还有你欧洲杯足球竞彩充电和放电电池的电位范围。这是一个与材料相关的欧洲杯足球竞彩问题，它完全依赖于我刚才提到的所有参数。

使用像拉曼这样的光谱仪是非常有效的。正如我之前提到的，它观察电荷补偿是如何在插入宿主的晶格中发生的。它会观察你在电极表面形成的钝化层的类型。它观察电解质是如何在你循环电池的电势范围内降解的。

它还考虑了作为一个功能速率能力发生了什么，或者你充电和放电电池的速度。有很多关于你需要多少时间充电或充电电池的担忧，特别是在汽车的情况下。每个人都希望它能尽快完成。这是一个与材料有关的欧洲杯足球竞彩问题。这也是一个与设计相关的问题。

所有这些都可以看出......看起来是通过拉曼显微镜的主要技术之一，并且特别是如果可以在原位条件下完成。

您还会建议其他技术解决这些挑战，以及拉曼如何适应这一点？

拉曼是​​一种光谱技术。它总是必须与电化学技术联系起来。我们拥有一系列的电化学技术，我们使用简单的电荷，放电到非常复杂的程序，包括阻抗，电化学阻抗技术。然后，所有那么绑到光谱学中，两者之间的相关性是我们用来收集物质的相关性。欧洲杯足球竞彩

您是否使用其他表面分析技术以及XPS？

是的。我们当然使用XPS，但XPS在原地条件下很难做到。也有准环境条件下的XPS，但是和拉曼相比，你能做的事情范围有限，因为拉曼可以完全在原地条件下进行。

我们使用的其他技术是同步X射线技术。这是非常互补的，因为这实际上正在看过渡金属周围的协调环境。两者之间，我们有完整的材料属性映射。欧洲杯足球竞彩

您如何看待您的工作成果，以及该领域其他人的成果，在未来几年对工业电池技术的影响?

我的人生使命就是把内燃机像蒸汽机一样，做成博物馆。当我还是个孩子的时候，蒸汽机几乎是铁路网的一部分。现在，只有当你有了新奇的体验去乘坐某种特殊的火车时，你才会看到蒸汽机。同样的事情也会发生在内燃机上，也会发生在这些以煤炭为基础的超级热电站上，尽管很多人不喜欢我这么说。会有一些燃气涡轮机仍然存在，但我们大多数人将生活在更多的可再生能源。

我们将拥有自动驾驶汽车。我们将拥有电动汽车。然后，最终，如果你想长途驾驶，我们会有带氢加油站的燃料电池汽车。尽管这仍然是相当遥远的，特别是对美国而言。我确实看到其他地理面积较小的地方，比如日本、德国和欧洲其他国家，很快就采用了这种方法。这将改变我们未来的形状。

我们未来的形状是这样的，它悄悄地发生了。我们不质疑它，但你现在无法想象没有它的生活。它的一切。它播放你的音乐。你导航。它为你传达信息。有成千上万的应用程序可供你使用。你可以用它做饭。你可以用它建立社交网络。这是惊人的。 It reads the news for me in the morning. It's amazing. That's how a quiet revolution happens. That's what it looks like.

你认为也许像甲烷一样的东西更容易存储和运输，并具有基础设施，因为氢气只是过多的挑战？

是的,当然。我们说的不是氢气运输。我们说的是根据需要从甲烷和天然气中生产氢气，这是一项现成的技术。不需要研究。这是一项革命性的技术，已经存在了20年。我们对它进行了调整。我们改进了它。

我们试图做的不是从甲烷中制造氢而是通过电解水利用太阳能或风能，也就是可再生电子。这是我们的使命，因为这是我们最终想要去的地方，而不是化石来源。

但与此同时，您可以从甲烷中廉价地廉价地廉价地廉价。没有任何借口不具有氢网络。这是我完全不明白的地方，有滞后。但人们正在这样做。加利福尼亚州是一种强大投资氢网络的国家。其他国家正在制作正确的噪音。它会发生。这是一个非常大的国家，所以它需要一些时间在美国。

在其他国家，它可以非常快。德国是其中之一，当然当然是日本。他们是大型经济体。中国正在制作所有正确的噪音。他们认识到具有燃气基内燃烧发动机与它们具有不可持续的数字。当中国和印度制造开关时，就是这样。完成。

关于桑吉夫·穆克吉博士

Sanjeev Mukerjee博士是东北大学化学和化学生物学系的教授，自1998年9月以来一直在那里工作。他还领导东北大学可再生能源技术中心(NUCRET)及其子集电化学先进动力实验室(LEAP)。mukkerjee博士持有印度理工学院(the Indian Institute of Technology)的技术硕士学位，以及德克萨斯A&M大学(Texas A&M University)的博士学位。