We thank AINSE Ltd for providing support through the research fellowship and postgraduate award scheme.

1. 세포 구성 요소 건설에 앞서 필수 NOTE : 바나듐 종래 NPD 실험에 사용 가능하고 일단 부에서 밀봉되고 다른 쪽이 개방되어 완전 - 바나듐 튜브이다. 바나듐에서 NPD 데이터의 신호는 거의 없다. <ol><li> 바나듐 캔의 용적과 일치하는 치수의 리튬 금속박의 조각을 잘라. 예를 들어, 9mm 직경 바나듐 수를 위해 약 12​​0 X 35mm 조각을 잘라. 또한, 125 ㎛의 두께 이하가 찢어지지 않도록 처리하기 어려울 수 있다는 지적 중성자 흡수를 최소화하기 위해 얇은 리튬 포일을 사용한다. </li><li> 사전 선택 분리기의 유형이 사용될 수있다. 치수는 전극보다 약간 크고 있도록 분리기의 시트, 예를 들어 140 X 40mm를 잘라. 참고 : 다공성 폴리 비닐 - 디 플루오 라이드 (PVDF) 멤브레인이 쉽게 전해질까지 젖은 있지만, 그것은 비싸고 동안 조심스럽게 다루지 않으면 쉽게 손상 및 찢어 수 있습니다건설. 대안 적으로, 시판되는 폴리에틸렌 계 시트 그러나 그들은 용이 같이 전해질을 흡수하지 않고, 일반적으로 인해 큰 수소 함량에 신호 대 노이즈 감소, 더 견고하다. </li><li> 마크에 의해 제시된 지침을 통해 정극 확인 등. (31) 즉, 선택된 비율 PVDF, 카본 블랙, 및 활성 물질을 결합한다. 탄소 : 일반적으로, PVDF의 10:10:80의 비율로 사용하여 활물질, 그러나 조사를 받고,이 재료에 따라를 조정한다. 다음 밤새 교반, 혼합 갈기 및 슬러리 형태까지 N - 메틸 피 롤리 돈 (NMP)을 적가를 추가합니다. </li><li> 닥터 블레이드 법을 이용하여 알루미늄 박 (20 ㎛의 두께) 상 혼합물 확산. <ol><li> 표면에 에탄올을 몇 방울을 도포하고, 표면에 집 전체를 배치하여 치수 평활 표면 (예, 유리) (200)를 X 70mm의 집 전체 시트를 준수. 또한, 우리를매끄러운 표면으로부터 전류 집 전체 상에 약간의 진공을 당길 수있는 전자 기기. 슬러리를 적용하기 전에 더 주름 또는 주름이 없는지 확인하기 위해 집 전체를 부드럽게. </li><li> 집의 한쪽 끝에서 슬러리의 치아 또는 넓은 반원 모양의 웅덩이를 놓습니다. 노치 바, 롤러 또는 특별히 설계된 코터 사용 (집전 상기 미리 정의 된 높이 노치 바, 예를 들어 100 또는 200 μm의 일반적으로 사용된다) 집 전체에 걸쳐 선택된 디바이스 밀어 집 전체 위에 상기 슬러리를 확산 및 슬러리를, 집 전체 표면 상으로의 슬러리의 확산의 결과. </li><li> 부드럽게 매끄러운 표면으로부터 전류 집 전체를 제거하고, 집 ​​전체를 배치하고 건조, 진공 오븐 중에 슬러리를 확산. NOTE :. 확산 기술은 마크 등으로 더 상세히 설명 31 </li></ol></li><li> 양극 처리장을 잘라단계 1.3 레드 사이즈 리튬 포일 일치되도록. 코팅되지 않은 금속 집 한쪽 끝에서 길이 약 0.5 cm의 &quot;탭&quot;이 있는지 확인하십시오. 배터리 성능을 개선하기 위해 평판 프레스를 사용하여 집 전체로 건조 정극 막을 누른다. NOTE도 1은 세퍼레이터와 정극 성분의 상대적인 크기를 나타낸다. 전극 활물질의 최소 수량 300 ㎎, 그러나 더 큰 수량 (다른 전지 구성 요소에 상대적으로) 더 NPD 신호이다. 큰 신호는 더 자세한 정보는 NPD 데이터와 더 나은 시간 해상도에서 추출 할 수있다. </li><li> 중수 소화 에틸렌 카보네이트 및 중수 소화 디메틸 카보네이트의 1/1 부피 % 혼합물에 1 M 리튬 헥사 플루오로 포스페이트를 미리 준비한다. 모두의 LiPF6가 용해 및 전해질이 완전히 사용하기 전에 혼합되어 있는지 확인합니다. </li><li> T의 집의 조각을 잘라그 단계 1.5에서 정극과 동일 치수가 집 전체 정극 무게. 합제의 질량을 얻기 위해 이러한 질량을 뺀다. 활성 물질의 질량을 수득 0.8 합제의 질량을 곱. </li></ol> 2. 셀 건설 <ol><li> 아르곤 충진 글로브 박스 내부의 셀을 조립하기 전에, 플라스틱 트레이 또는 gloxebox의 기초에 다른 비금속 덮개를 내려 놓으십시오. </li><li> 다음과 같은 순서로 각각의 구성 요소를 스택 : 세퍼레이터의 긴 스트립, 슬러리 양극 위로 향하도록 알루미늄로드 (또는 구리선) 일단 &quot;탭&quot;에 상처, 세퍼레이터의 두 번째 스트립, 그리고 마지막으로 리튬 구리 와이어 금속은 리튬 금속 (알루미늄 막대와 같은 단부)의 단부에 권취. </li><li> 두 전극에 오지 않는 것을 보장 알루미늄로드와 구리 와이어 단부로부터 레이어 압연 시작접촉. </li><li> 폴리에틸렌 계 시트가 구분 기호로 선택한 경우, 종종 스택의 전체 길이를 따라 리튬 금속과 양극 사이의 구분에 전해질 몇 방울을 추가합니다. 또한, 압연 과정에서 점차 방울을 추가합니다. PVDF 멤브레인을 구분 기호로 사용 된 경우이 단계가 필요하지 않습니다. </li><li> 전극이 단단히 압연되어 있고 층이 정렬 상태를 유지하도록주의하십시오. NOTE : 층 압연 프로세스를 다시 시작해야 할 수도 오정렬 될 경우 전해액이 추가 될 필요가있다 높은 휘발성 및 이상으로, 그러나,주의가 취해 져야한다. </li><li> 분리의 긴 조각이 완전히 스택 감싸는 있는지 확인하거나 전극이 노출되지 않도록 롤 (즉, 전극 바나듐을 만지지 마십시오). </li><li> 바나듐에 압연 스택을 삽입 할 수 있습니다 구리 와이어 알루미늄 막대가 2-3cm 이상으로 돌출되도록바나듐 캔의 상단. 총 1.5 ml에 사용할 수있는 바나듐의 상단에 남아있는 전해질 적가를 추가합니다. </li><li> 바나듐 캔의 상단에 알루미늄 막대와 구리 와이어의 측면에서 잘라 노치 고무 마개를 추가합니다. 상기 캔의 상단 위에과 구리선의 플라스틱 시스의 단부 주위 치과 왁스를 용융하여 상기 캔을 밀봉. 그림 2와 같이 최종 세포가 나타나는지 확인합니다. </li><li> 12 ~ 24 시간 동안 수평으로 &quot;나이&quot;또는 &quot;젖은&quot;에 셀을 허용합니다. 앞서 사용 된 알루미늄로드와 멀티 미터의 단자에 구리 와이어를 연결하고 상기 구성된 전지의 전위를 측정함으로써, 개방 회로 전위를 테스트한다. 또한 육안 검사로 누출이 없는지 확인합니다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

설계 및 동일계에서 실험을 수행 할 때 어느 하나와 &quot;롤오버&quot;중성자 회절 세포 또는 다른 설계 신중 성공적인 실험을 위해 제어되어야한다 양태 수가있다. 이들은 준비된 전극 최종 구성된 셀이 높은 품질의 보장 적절한 회절 조건을 선택하는, 전기 화학적 사이클링 공정 계획을 미리 수행 될, 마지막 어떤 결과 데이터를 이해 유형 및 세포 성분의 양은 신중 선택을 포함 그리고 재료...

리튬 이온 배터리는 현대 전자 공학을위한 휴대용 에너지를 제공하고 이러한 전기 자동차 같이 대규모 재생 에너지 생성을위한 에너지 저장 장치와 같은 고 에너지 응용에 중요하다. 3-7 과제 수가 재충전의 광범위한 사용을 달성하기 위해 남아 에너지 밀도 및 안전성을 포함한 차량용 대규모 스토리지에서 배터리. 이러한 실험에서 얻은 정보는 기존의 전지 재료를 향상시키는 방법을 지시 할 수있는 바와 같이 인 시츄 방법에의 사용은 원자 및 분자 스케일 배터리 기능 동작 중에 점차 일반화되고있다을 프로빙, 8-10 가능한 불량 메커니즘을 식별함으로써 및 계시해서 예 : 재료의 차세대 고려 될 수 결정 구조. 11 현장에서의 NPD의 주된 목적은 전지 내부의 구성 요소에 결정 구조의 진화를 조사하는 것이다충전 / 방전의 함수로서. 결정 학적으로 정렬 된 전극에서 이러한 연구를 집중 성분이 결정질 수 있어야 결정 구조의 진화를 측정하기 위하여. 이는 전하 캐리어 (리튬)을 삽입 / 추출과 같은 변경이 NPD에 의해 준수되는 전극에있다. 계내 NPD는 전극뿐만 아니라 반응 메커니즘과 격자 파라미터 진화를 &quot;추적&quot;하기 위해 가능성을 제공 할뿐만 아니라 삽입 / 전극에서 리튬의 추출. 기본적으로 리튬 이온 전지의 전하 캐리어 따라야 할 수있다. 이것은 배터리의 함수 리튬 중심 뷰를 제공하고, 최근 몇 연구에서 입증되었다. 11-13 NPD는 리튬 - 함유 재료 및 리튬 이온 전지를 검사 이상적인 기술이다. NPD가 중성자 빔과 샘플 사이의 상호 작용에 의존하기 때문이다. X 선 분말 회절 (XRD), 인터랙션 달리X 선 방사가 시료의 전자와 우세하므로 원자 수에 선형으로 변화들, NPD의 상호 작용은 원자 번호보다 복잡하고 랜덤 한 변동을 초래할 중성자 핵 상호 작용에 의해 매개된다. 따라서, 동일 반응계에서 NPD 인해 이러한 무거운 원소의 존재 하에서 리튬 원자 향해 NPD의 감도 등의 요인으로 리튬 이온 전지 재료의 연구에 특히 유망하다 배터리 중성자 비파괴 상호 작용하고, 고 상업용 장치에 사용되는 크기의 전체 전지 내의 전지 요소의 벌크 결정 구조의 검사를 가능 중성자의 투과 깊이. 따라서, 동일 반응계에서 NPD는 이러한 장점으로 인해 리튬 이온 전지의 연구에 특히 유용하다. 그럼에도 불구하고, 배터리 연구 커뮤니티에 의해 현장 NPD 실험에서의 흡수는 25 출판물의 죄를 차지 제한하고있다이로 인해 전해액과 세퍼레이터의 수소 대 간섭 중성자 산란 단면을 설명 할 필요성과 같은 몇 가지 주요 실험 장애물로 1998 14 한정 흡수는 배터리 연구를위한 인 시츄 NPD에 이용하는 최초의 리포트를 CE NPD 신호에 해로운 배터리,에. 또이 문제는 중수 소화 (2 H)의 전해질 용액으로 대체 및 대체 수소 무료 또는 불량한 물질과 분리기를 대체함으로써 극복된다. (15) 또 다른 장애물은 중성자 빔에 충분한 샘플을 할 필요도 종종 사용을 필요 요건이다 차례로 최대 충전 제한 두꺼운 전극 / 전지에 적용될 수 방전율. 예를 들어, 시간 및 각 해상도 - 실용적 관심은 전세계 중성자 X 선 회절 계에 대하여 회절 계 및 그 기능의 비교적 작은 숫자이다. 새로운 중성자 diffractome로TERS가 온라인하고 상기의 장애물은 수의 성장 현장 NPD 실험에서, 극복. 상업적 또는 맞춤형 세포를 사용하여 현장 NPD 실험에서 수행하는 두 가지 옵션이 있습니다. 상용 세포 그러나 상용 세포를 사용하는 것은 이미 시판에게 연구 할 수있는 전극의 수가 제한 8-11,16-20. 전극의 리튬 함량 및 분포의 전개를 포함한 구조 정보를, 공개 시연하고, 여기서 한 제조업체를 선택하거나 연구 시설은 아직 상용화되지 않은 재료로 상업 형 세포를 생산하기 위해 종사하고 있습니다. 상용 형 세포의 생산은 전형적 kg 정도의 상당히, 전지 생산에 대한 장벽이 될 수있는 전지의 연구에서 사용 된,보다 높은 전지 제조용 전극 재료의 충분한 양의 가용성에 의존한다. 상업 세포 타이pically 충전 / 방전 동안 진화하고 양 전극의 발전이 결과 회절 패턴으로 캡처됩니다 두 개의 전극을 갖추고 있습니다. 이 중성자 선 높은 관통되고 단일 리튬 이온 셀을 침투 할 수 있기 때문이다 (예를 들어, 18650 세포의 전체 볼륨). 두 전극의 진화는 복잡한 데이터 분석을 할 수 있지만, 충분한 양 전극의 브래그 반사가 발견되면 이들은 전체 분말 패턴 방법을 이용하여 모델링 될 수있다. 그럼에도 불구하고, 맞춤 제작 하프 셀은 하나의 전극은 리튬이고 구조적 충전 / 방전 도중 변경하므로 (또는 다른)을 내부 표준으로서 작용하지 않아야되는 구성 될 수있다. 이 데이터 분석을 단순화, 구조적 변화를 보여야 하나의 전극을 남긴다. 케어도 관심의 모든 전극 반사 셀의 구조적인 변화를 겪고 다른 구성 요소에서 반사와 중복되지 않도록주의해야합니다. 광고주문품 셀의 유리한 구성 요소가 회절 패턴의 반사 위치를 변경하기 위해 교환 될 수 있다는 것이다. 또한, 특별 주문품 세포 연구자에게 원칙적으로 신호 - 대 - 잡음 비율을 개선하기 위해 더 작은 규모의 연구 일괄 제작하여 재료의 큰 다양한 시츄 NPD 연구 허용되는 물질을 조사하기 위해 옵션을 허용한다. 현재까지 시츄 NPD 연구에서 6 가지 전기 화학 셀 디자인이 있었다 세 원통형 디자인 14,15,21,22 개의 코 인형 셀 설계 23-26 및 파우치 셀 설계를 포함하여보고했다. 12,27 제 원통형 전지 설계는 사용이 제한되었다 매우 낮은 충 / 인해 사용 전극 물질의 다량으로 배출 요금. 14,21 롤오버 디자인, 15 아래에 설명하고, 원래의 원통형 셀의 수정 된 버전, 22 많은 극복 할 문제 T와 관련된그 제 원통형 디자인하여 확실하게 그들의 전기 화학와 전극 재료의 구조를 상관시키기 위해 사용될 수있다. 현장 NPD는 전극 재료의 유사한 양의 수에 대한 코인 셀 설계 건축, 해당 충전 속도, 비용의 측면에서 미묘한 차이를 특징으로하면서, 롤 오버 세포에 대해 탐색 할 수 있습니다. 특히 15, 코인 셀 타입은 최근 NPD 패턴에서 신호를 생성하지 케이싱 재료 (널 매트릭스) 등의 Ti-Zn 계 합금을 이용하여 구성되어보고되었다. (26)이 후술 롤오버 디자인 바나듐 캔의 사용과 유사한 . 적용 충전 / 방전 속도 (및 편광)에 영향을 줄 수 중요한 요소는 일반적으로 두꺼운 전극이 저 전류의인가를 필요로 전극의 두께이다. 지금 더 인기를 끌고있다 셀 설계는 다수의 개별 병렬로 연결 세포, 또는 시트의 시트와 파우치 세포이다롤오버 또는 전형보다 높은 충전 / 방전 속도로 작동 할 수 모바일 전자 장치에서 발견되는 리튬 이온 전지의 구조와 유사한 방식으로 굴러들. 12,27 이는 셀이 장방형 (파우치) 세포. 본 연구에서 우리는 셀 구조, 사용을 나타내는, &#39;전복&#39;셀 설계에 초점, 일부 결과는 셀을 사용. 롤오버 디​​자인 전지용 전극 제조는 종래의 코인 셀 배터리에 사용하기위한 전극 제조에 실질적으로 유사하다. 전극은 가장 큰 차이점은 전극 35 X 120~150mm보다 큰 차원을 스팬 할 필요가 있다는 것을 함께, 닥터 블레이 딩에 의해 집 전체 상에 캐스트 될 수있다. 이것은 모든 전극 재료로 코트를 균일하게하기 어려울 수 있습니다. 집 전체에, 집 전체, 분리막, 및 리튬 금속박에 전극의 층이 배치 된 압연 및 바나듐 캔에 삽입된다. 전해질 사용d를 LiPF6를, 중수 소화 에틸렌 카보네이트 및 중수 소화 디메틸 카보네이트와 리튬 이온 배터리에서 가장 일반적으로 사용되는 염 중 하나이다. 이 셀은 네 가지의 연구보고에 성공적으로 사용되었으며, 이하에서 더 상세히 설명 될 것이다. 15,28-30

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1426">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:159px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:801px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Slurry Preparation</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PVDF</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-Lib-PVDF</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/PVDFbinderforLi-ionbatteryelectrodes80g/bag-EQ-Lib-PVDF.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Active Electrode Material</td>
			<td style="width:159px;">Researcher makes*</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>This is dependent on the electrode under investigation, typically made in-house by the researcher and varies every time</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Carbon black</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-Lib-SuperC65</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/TimicalSUPERC65forLithium-IonBatteries80g/bag-EQ-Lib-SuperC65.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NMP</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-Lib-NMP</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/N-Methyl-2-pyrrolidoneNMPsolventforPVDF 
			250g/bottleLib-NMP.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Magnetic stirrer</td>
			<td style="width:159px;">IKA</td>
			<td style="width:119px;">C-MAG HS 7 IKAMAG</td>
			<td>http://www.ika.in/owa/ika/catalog.product_detail?iProduct=3581200</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;"></td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Electrode Fabrication</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">Doctor blade (notch bar)</td>
			<td style="width:159px;">DPM Solutions Inc.</td>
			<td style="width:119px;">100, 200, 300 &#38; 400 micron&#160; 4-Sided Notch Bar</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Al or Cu current collectors</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-bcaf-15u-280</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub 
			strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Vacuum Oven</td>
			<td style="width:159px;">Binder</td>
			<td style="width:119px;">e.g. VD 53</td>
			<td>http://www.binder-world.com/en/vacuum-drying-oven/vd-series/vd-53/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flat-plate press</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-HP-88V-LD</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/25THydraulicFlat 
			HotPress-EQ-HP-88V.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;"></td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Roll-over cell construction</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">V can</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">electrode on Al/Cu</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-bcaf-15u-280</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/AluminumFoilforBatteryCathodeSub 
			strate-EQ-bcaf-15u-280.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">polyethylene-based or PVDF membrane</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">EQ-bsf-0025-400C</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/separatorfilm-EQ-bsf-0025-400C.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LiPF6</td>
			<td style="width:159px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">450227</td>
			<td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/450227?lang=en&#38;region=AU</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">deuterated dimethyl carbonate</td>
			<td style="width:159px;">Cambridge Isotopes</td>
			<td style="width:119px;">DLM-3903-PK&#160;</td>
			<td>http://shop.isotope.com/productdetails.aspx?id=10032379&#38;itemno=DLM-3903-PK</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">deuterated ethylene carboante</td>
			<td style="width:159px;">CDN Isotopes</td>
			<td style="width:119px;">D-5489</td>
			<td>https://www.cdnisotopes.com/as/products/specifications/D-5489.php?ei=YWVraWmjoJ1i0lZ7nkr0RpwHr 
			Hxc9ornu14O4WUtZKbZWZrcq6j55 
			G0lOab3Wi0dMZ7xc+0Yse1leWVtZ 
			LnrGKvta7v591o4JrnkbRowHt/r</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Li metal foil</td>
			<td style="width:159px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:119px;">Lib-LiF-30M</td>
			<td>http://www.mtixtl.com/Li-Foil-30000mmL-35mmW-0.17mm 
			Th.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rubber stopper cut to size</td>
			<td style="width:159px;">generic eraser</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>cut a generic eraser to size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">dental wax</td>
			<td style="width:159px;">Ainsworth Dental</td>
			<td>AIW042</td>
			<td>http://www.ainsworthdental.com.au/catalogue/Ainsworth-Modelling-Wax-500g.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Copper wire (insulated)</td>
			<td style="width:159px;">generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>sheathed Cu wire that can be cut to size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Aluminium rod (&#60;2mm diameter)</td>
			<td style="width:159px;">generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>cut to size as required</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glovebox</td>
			<td style="width:159px;">Mbraun</td>
			<td style="width:119px;">UNILab</td>
			<td>http://www.mbraun.com/products/glovebox-workstations/unilab-glovebox/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scissors&#160;</td>
			<td style="width:159px;">generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Soldering iron</td>
			<td style="width:159px;">generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;"></td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">In situ NPD</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Appropriate neutron diffractometer</td>
			<td style="width:159px;">ANSTO</td>
			<td style="width:119px;">Wombat</td>
			<td>http://www.ansto.gov.au/ResearchHub/Bragg/Facilities/Instruments/Wombat/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potentiostat/galvanostat</td>
			<td style="width:159px;">Autolab</td>
			<td style="width:119px;">PGSTAT302N</td>
			<td>http://www.ecochemie.nl/Products/Echem/NSeriesFolder/PGSTAT302N</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Connections to battery from potentiostat/galvanostat</td>
			<td style="width:159px;">generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Training of NPD instrument and use</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;"></td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Data analysis</td>
			<td style="width:159px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Data visualisation and peak fitting, .e.g. LAMP suite</td>
			<td style="width:159px;">ILL</td>
			<td style="width:119px;">LAMP</td>
			<td>http://www.ill.eu/instruments-support/computing-for-science/cs-software/all-software/lamp/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rietveld analysis software, e.g. GSAS</td>
			<td style="width:159px;">APS</td>
			<td style="width:119px;">GSAS</td>
			<td>https://subversion.xray.aps.anl.gov/trac/EXPGUI</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ neutron powder diffraction using custom-made lithium-ion batteries

리튬 이온 배터리에 널리 휴대용 전자 기기에 사용되며, 예컨대, 전기 자동차 등의 높은 에너지 애플리케이션을위한 유망한 후보로서 고려된다. 1,2 그러나, 에너지 밀도 및 전지 수명 등의 많은 과제가이 특정 전에 극복해야 배터리 기술이 널리이 연구는 도전 3. 그러한 애플리케이션에서 구현 될 수 있으며 우리는 전지의 전기 화학적 사이클링 (충전 / 방전)을 겪고 전극의 결정 구조를 조사하기 위해 현장 NPD에 사용하여 이러한 문제를 해결하는 방법을 설명합니다. NPD 데이터는 전극 특성의 범위에 대한 책임이있는 기본 구조 메커니즘을 결정하는 데 도움이,이 정보는 더 나은 전극 및 전지의 개발을 지시 할 수 있습니다. 배터리가 맞춤 NPD 실험 및 세부 우리가 가지고있는 &#39;롤오버&#39;셀을 구성하는 방법을 설계 우리는 간단하게 6 가지 유형을 검토성공적으로 호주 원자력 과학 기술기구 (ANSTO)에서 강도 높은 NPD 악기, 웜뱃에 사용. 세포 구조에 사용하는 디자인 고려 사항 및 재료가 현장 NPD 실험 및 초기 방향의 실제의 측면과 함께 설명은 현장 데이터에 복잡한을 분석하는 방법에 대한 안내되게됩니다.

우리는 우리가 리튬 0.18 시니어 0.66 티 0.5 Nb를 0.5 O 3 전극과 예를 제시 여기에 문학 15,28-30이 롤오버 셀을 사용하여 기능성을 입증하고있다. (32) 순차 리트 벨트 정제 (충전 상태의 함수로서 리트 벨트 세목), 첫 번째 데이터 세트에 다상 모델의 단일 정제를 시도하기 이전에 앞서 현재 애플리케이션에 원시 세포 수집이...

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In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

우리는 동일계 중성자 분말 회절 (NPD)에 이용 전극 재료의 시험을위한 전기 화학 전지의 설계와 구성을 기술한다. 우리는 간단히 현장 NPD의 셀 설계의 대안에 대해 언급하고이 세포를 사용하여 생산 현장 NPD 데이터에 대응하는 분석 방법에 대해 설명합니다.

제자리 중성자 분말 회절에서 사용자 정의 - 만든 리튬 이온 배터리를 사용하여

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

in-situ-neutron-powder-diffraction-using-custom-made-lithium-ion

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

15.7K 조회수.  University of Sydney.  우리는 동일계 중성자 분말 회절 (NPD)에 이용 전극 재료의 시험을위한 전기 화학 전지의 설계와 구성을 기술한다. 우리는 간단히 현장 NPD의 셀 설계의 대안에 대해 언급하고이 세포를 사용하여 생산 현장 NPD 데이터에 대응하는 분석 방법에 대해 설명합니다. 

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Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

연구

공학

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

방사광 기술을 사용하여 리튬 이온과 나트륨 이온 배터리 용 전극 재료의 특성

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1-2 평면 흐름 - 작은 각 중성자 산란을 이용하여 재료 미세 조직에서 유량을 측정

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

싱크로 기반 하드 X 선 Microtomography를 사용하여 배터리의 실패 분석

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

리튬 이온 코인 셀의 비수 전극 가공 및 건설

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to make an application so that the material reaches the target site (i.e., plant). Information critical in this process is the droplet size that a particular spray nozzle, spray pressure, and spray solution combination generates, as droplet size greatly influences product efficacy and how the spray moves through the environment. Researchers and product manufacturers commonly use laser diffraction equipment to measure the spray droplet size in laboratory wind tunnels. The work presented here describes methods used in making spray droplet size measurements with laser diffraction equipment for both ground and aerial application scenarios that can be used to ensure inter- and intra-laboratory precision while minimizing sampling bias associated with laser diffraction systems. Maintaining critical measurement distances and concurrent airflow throughout the testing process is key to this precision. Real time data quality analysis is also critical to preventing excess variation in the data or extraneous inclusion of erroneous data. Some limitations of this method include atypical spray nozzles, spray solutions or application conditions that result in spray streams that do not fully atomize within the measurement distances discussed. Successful adaption of this method can provide a highly efficient method for evaluation of the performance of agrochemical spray application nozzles under a variety of operational settings. Also discussed are potential experimental design considerations that can be included to enhance functionality of the data collected.

We present protocols to be used in the measurement of spray droplet size from agricultural nozzles used in both aerial and ground based agrochemical applications. These methods presented were developed to provide consistent and repeatable droplet size data both inter- and intra-laboratory, when using laser diffraction systems.

레이저 회절을 사용하여 농업 노즐에서 측정 스프레이 물방울 크기

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

유전체 RheoSANS - 임피던스, 레올 로지 및 복잡한 유체의 작은 각도 중성자 산란의 동시 심문

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.

전송 키쿠치 회절을 사용하여 울트라 미세 그레인과 나노 결정 재료의 특성

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

집중 된 이온 빔 제작 현장에서 테스트 LiPON 기반 고체 리튬-이온 Nanobatteries

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

전 Situ 수사 현장에서 구조 변환 방법: 금속 유리의 결정 화의 경우

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...