Name: characterization of electrode materials for lithium ion and sodium ion batteries using synchrotron radiation techniques
Uploaded: 2013-11-11T19:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques at JoVE.com

ويدعم هذا العمل من جانب الأمين المساعد لكفاءة الطاقة والطاقة المتجددة، مكتب تكنولوجيز المركبة من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد رقم DE-AC02-05CH11231. تم تنفيذ أجزاء من هذا البحث من جامعة ستانفورد في السنكروترون الإشعاع Lightsource، ومديرية SLAC المختبر الوطني مسرع ومكتب العلوم مرفق العضو تعمل لوزارة الخارجية الأمريكية لمكتب الطاقة للعلوم من جامعة ستانفورد. ويدعم برنامج علم الأحياء الجزيئي SSRL الإنشائية من قبل مكتب وزارة الطاقة البيولوجية والبحوث البيئية، والمعاهد الوطنية للصحة، المركز الوطني للبحوث الموارد، وبرنامج التكنولوجيا الطبية الحيوية (P41RR001209).

1. التخطيط للتجارب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد خط شعاع التجارب المثيرة للاهتمام. الرجوع إلى صفحات الويب خط شعاع كمرشدين. لSSRL XAS وXRD، هذه are: <a href="http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-1/" target="_blank">http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-1/</a> and <a href="http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamli...

<ol>
	<li>Kim, S. -. W., Seo, D. -. I., Ma, X., Ceder, G., Kang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode+Materials+for+Rechargeable+Sodium-Ion+Batteries:+Potential+Alternatives+to+Current+Lithium-Ion+Batteries.">Electrode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries: Potential Alternatives to Current Lithium-Ion Batteries.</a> Adv. Energy Mater. 2, 710-721 (2012).</li><li>Palomares, V., Serras, P., Villaluenga, I., Huesa, K. B., Cerretero-Gonzalez, J., Rojo, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Na-ion+Batteries,+Recent+Advances+and+Present+Challenges+to+Become+Low+Cost+Energy+Storage+Systems.">Na-ion Batteries, Recent Advances and Present Challenges to Become Low Cost Energy Storage Systems.</a> Energy Environ. Sci. 5, 5884-5901 (2012).</li><li>Kam, K. C., Doeff, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode+Materials+for+Lithium+Ion+Batteries.">Electrode Materials for Lithium Ion Batteries.</a> Materials Matters. 7, 56-60 (2012).</li><li>Cabana, J., Monconduit, L., Larcher, D., Palacin, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+Intercalation-Based+Li-Ion+Batteries:+The+State+of+the+Art+and+Challenges+of+Electrode+Materials+Reacting+Through+Conversion+Reactions.">Beyond Intercalation-Based Li-Ion Batteries: The State of the Art and Challenges of Electrode Materials Reacting Through Conversion Reactions.</a> Adv. Energy Mater. 22, E170-E192 (2010).</li><li>McBreen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Application+of+Synchrotron+Techniques+to+the+Study+of+Lithium+Ion+Batteries.">The Application of Synchrotron Techniques to the Study of Lithium Ion Batteries.</a> J. Solid State Electrochem. 13, 1051-1061 (2009).</li><li>de Groot, F., Vank&#243;, G., Glatzel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+1s+X-ray+Absorption+Pre-edge+Structures+in+Transition+Metal+Oxides.">The 1s X-ray Absorption Pre-edge Structures in Transition Metal Oxides.</a> J. Phys. Condens. Matter. 21, 104207 (2009).</li><li>Rumble, C., Conry, T. E., Doeff, M., Cairns, E. J., Penner-Hahn, J. E., Deb, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+Electrochemical+Investigation+of+Li(Ni0.4Co0.15Al0.05Mn0.4)O2.">Structural and Electrochemical Investigation of Li(Ni0.4Co0.15Al0.05Mn0.4)O2.</a> J. Electrochem. Soc. 157, A1317-A1322 (2010).</li><li>Cabana, J., Dupr&#233;, N., Gillot, F., Chadwick, A. V., Grey, C. P., Palac&#237;n, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis,+Short-Range+Structure+and+Electrochemical+Properties+of+New+Phases+in+the+Li-Mn-N-O+System.">Synthesis, Short-Range Structure and Electrochemical Properties of New Phases in the Li-Mn-N-O System.</a> Inorg. Chem. 48, 5141-5153 (2009).</li><li>Ravel, B., Newville, M. A. T. H. E. N. A., ARTEMIS, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HEPHAESTUS:+data+analysis+for+X-ray+absorption+spectroscopy+using+IFEFFIT.">HEPHAESTUS: data analysis for X-ray absorption spectroscopy using IFEFFIT.</a> Journal of Synchrotron Radiation. 12, 537-541 (2005).</li><li>Zeng, D., Cabana, J. B. r. &. #. 2. 3. 3. ;. g. e. r., Yoon, W. -. S., Grey, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cation+Ordering+in+Li[NixMnxCo(1–2x)]O2-Layered+Cathode+Materials:+A+Nuclear+Magnetic+Resonance+(NMR),+Pair+Distribution+Function,+X-ray+Absorption+Spectroscopy,+and+Electrochemical+Study.">Cation Ordering in Li[NixMnxCo(1–2x)]O2-Layered Cathode Materials: A Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Pair Distribution Function, X-ray Absorption Spectroscopy, and Electrochemical Study.</a> Chem. Mater. 19, 6277-6289 (2007).</li><li>Conry, T. E., Mehta, A., Cabana, J., Doeff, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XAFS+Investigation+of+LiNi0.45Mn0.45Co0.1-yAlyO2+Positive+Electrode+Materials.">XAFS Investigation of LiNi0.45Mn0.45Co0.1-yAlyO2 Positive Electrode Materials.</a> J. Electrochem. Soc. 159, A1562-A1571 .</li><li>Conry, T. E., Mehta, A., Cabana, J., Doeff, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Underpinnings+of+the+Enhanced+Cycling+Stability+upon+Al-substitution+in+LiNi0.45Mn0.45Co0.1-yAlyO2+Positive+Electrode+Materials+for+Li-ion+Batteries.">Structural Underpinnings of the Enhanced Cycling Stability upon Al-substitution in LiNi0.45Mn0.45Co0.1-yAlyO2 Positive Electrode Materials for Li-ion Batteries.</a> Chem. Mater. 24, 3307-3317 (2012).</li><li>Reed, J., Ceder, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Electronic+Structure+in+the+Susceptibility+of+Metastable+Transition-Metal+Oxide+Structures+to+Transformation.">Role of Electronic Structure in the Susceptibility of Metastable Transition-Metal Oxide Structures to Transformation.</a> Chem. Rev. 104, 4513-4534 (2004).</li><li>Cook, J. B., Kim, C., Xu, L., Cabana, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Al+Substitution+on+the+Chemical+and+Electrochemical+Phase+Stability+of+Orthorhombic+LiMnO2.">The Effect of Al Substitution on the Chemical and Electrochemical Phase Stability of Orthorhombic LiMnO2.</a> J. Electrochem. Soc. 160, A46-A52 (2013).</li><li>Lee, E., Persson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revealing+the+Coupled+Cation+Interactions+Behind+the+Electrochemical+Profile+of+LixNi0.5Mn1.5O4.">Revealing the Coupled Cation Interactions Behind the Electrochemical Profile of LixNi0.5Mn1.5O4.</a> Energy Environ. Sci. 5, 6047-6051 (2012).</li><li>Hai, B., Shukla, A. K., Duncan, H., Chen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Particle+Surface+Facets+on+the+Kinetic+Properties+of+LiMn1.5Ni0.5O4+Cathode+Materials.">The Effect of Particle Surface Facets on the Kinetic Properties of LiMn1.5Ni0.5O4 Cathode Materials.</a> J. Mater. Chem. A. 1, 759-769 (2013).</li><li>Cabana, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition-Structure+Relationships+in+the+Li-Ion+Battery+Electrode+Material+LiNi0.5Mn1.5O4.">Composition-Structure Relationships in the Li-Ion Battery Electrode Material LiNi0.5Mn1.5O4.</a> Chem. Mater. 24, 2952-2964 (2012).</li><li>Liu, J., Kunz, M., Chen, K., Tamura, N., Richardson, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Charge+Distribution+in+a+Lithium+Battery+Electrode.">Visualization of Charge Distribution in a Lithium Battery Electrode.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1, 2120-2123 (2010).</li><li>Meirer, F., Cabana, J., Liu, Y., Mehta, A., Andrews, J. C., Pianetta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+Imaging+of+Chemical+Phase+Transformation+at+the+Nanoscale+with+Full-Field+Transmission+X-ray+Microscopy.">Three-dimensional Imaging of Chemical Phase Transformation at the Nanoscale with Full-Field Transmission X-ray Microscopy.</a> J. Synchrotron Rad. 18, 773-781 (2011).</li><li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+Transformation+and+Lithiation+Effect+on+Electronic+Structure+of+LixFePO4:+An+In-Depth+Study+by+Soft+X-ray+and+Simulations.">Phase Transformation and Lithiation Effect on Electronic Structure of LixFePO4: An In-Depth Study by Soft X-ray and Simulations.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 13708-13715 (2012).</li><li>Sokaras, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+High+Resolution+and+Solid+Angle+X-ray+Raman+Spectroscopy+End-Station+at+the+Stanford+Synchrotron+Radiation+Lightsource.">A High Resolution and Solid Angle X-ray Raman Spectroscopy End-Station at the Stanford Synchrotron Radiation Lightsource.</a> Rev. Sci. Instrum. 83, 043112 (2012).</li><li>Chan, M. K. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+Lithium+Peroxide.">Structure of Lithium Peroxide.</a> J. Phys. Chem. Lett. 2, 2483-2486 (2011).</li></ol>

تحليل البيانات يشير إلى أن XANES كما صنعت شركة ليني س 1-2X المنغنيز س O 2 (0.01 ≤ س ≤ 1) مركبات تحتوي ني 2 +، 3 + التعاون، والمنغنيز 4 + 10 دراسة XAS الأخيرة في الموقع على يني 0.4 التعاون 0.15 0.05 آل المنغنيز 0.4 O 2 أظهرت أن ني 2 +</su...

بطاريات الليثيوم أيون للمنتجات الالكترونية الاستهلاكية الأمر في الوقت الحاضر سوقا 11000000000 $ في جميع أنحاء العالم ( <a href="http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/" target="_blank">http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/</a> ) وهي اختيار رئيس الوزراء للتطبيقات المركبات الناشئة مثل المكونات في السيارات الهجين الكهربائية توصل بالكهرباء (PHEVs) والسيارات الكهربائية (المركبات الكهربائية). النظير لهذه الأجهزة التي تستخدم أيونات الصوديوم بدلا من الليثيوم هي في المراحل الأولى من التنمية، ولكنها تعتبر جذابة لتخزين الطاقة على نطاق واسع (أي تطبيقات الشبكة) على أساس التكلفة والحجج الأمنية العرض 1 و 2. كلا النظامين إقحام مزدوجة تعمل على نفس المبدأ؛ المكوك ايونات المعادن القلوية بين قطبين بوصفها هياكل المضيفة، التي تخضع لعمليات الإدراج في إمكانيات مختلفة. الخلايا الكهروكيميائية أنفسهم يختلطatively بسيطة، تتكون من أقطاب الإيجابية والسلبية على مركب جامعي الحالي، مفصولة غشاء مسامي مشبع حلا كهربائيا عادة ما تتكون من الملح المذاب في مزيج من المذيبات العضوية (الشكل 1). الجرافيت وLiCoO 2 هي الأكثر شيوعا المستخدمة الأقطاب السالبة والموجبة، على التوالي، لبطاريات أيون الليثيوم. كما تم تطوير العديد من المواد البديلة الكهربائي لتطبيقات محددة، بما في ذلك المتغيرات من يمون 2 O 4 الإسبنيل، LiFePO 4 مع هيكل الزبرجد الزيتوني، والوطنية (NMCs) (ليني س س المنغنيز التعاون 1-2X O 2 مركبات) للايجابيات، والكربون الصلب، لى 4 5 O تي 12، وسبائك الليثيوم مع القصدير لمدة 3 السلبيات. مواد عالية الجهد مثل ليني 0.5 المنغنيز 1.5 O 4، والمواد الجديدة ذات قدرة عالية مثل مركبات الطبقات الطبقات (على سبيل المثال الحادي والاربعون 2 MNO &lt;الفرعية&gt; · 3 (1-X) يمون 0.5 0.5 ني O 2)، ومركبات مع الفلزات الانتقالية التي يمكن أن تخضع لتغييرات متعددة في الدول الأكسدة، وبطارية ليثيوم سي الأنودات سبيكة حاليا موضوعات البحوث المكثفة، و، إذا تم نشرها بنجاح، ينبغي رفع كثافة الطاقة العملية للخلايا الليثيوم أيون أخرى. فئة أخرى من المواد، والمعروفة باسم الأقطاب التحويل، التي أكاسيد المعادن الانتقالية، كبريتيد، أو الفلوريدات يتم تخفيض عكسية لعنصر معدني وملح الليثيوم، هي أيضا قيد النظر لاستخدامها أقطاب البطارية (في المقام الأول كبديل للالأنودات) 4. للأجهزة المستندة على الصوديوم، كربونات الصلب، سبائك، والهياكل NASICON، وtitanates يجري التحقيق لاستخدامها الأنودات ومختلف أكاسيد المعادن الانتقالية والمركبات polyanionic كما كاثود. ليثيوم أيون الصوديوم وأيون والبطاريات لا تستند إلى كيمياء ثابتة، وخصائص أدائها تختلف إلى حد كبير على رانه أقطاب المستخدمة. سلوك الأكسدة من الأقطاب يحدد ملامح المحتملة، وقدرات المعدل، وحياة دورة من الأجهزة. مسحوق التقليدية حيود الأشعة السينية (XRD) تقنيات يمكن استخدامها لتوصيف الهيكلية الأولية من المواد البكر والقياسات خارج الموقع على أقطاب تدوير، ولكن الاعتبارات العملية مثل انخفاض قوة الإشارة والأوقات الطويلة نسبيا اللازمة لجمع البيانات تحد من كمية المعلومات التي يمكن الحصول عليها على عمليات التفريغ ورسوم. في المقابل، تألق عالية وقصيرة موجات الإشعاع السنكروتروني (مثل λ = 0.97 Å في beamline ستانفورد السنكروترون الإشعاع في Lightsource 11-3)، جنبا إلى جنب مع استخدام أجهزة الكشف عن صورة إنتاجية عالية، واقتناء تصريح للبيانات عالية الدقة على عينات في اقل من 10 ثانية. في الوضع الطبيعي يتم تنفيذ العمل في وضع الإرسال على مكونات الخلية تمر الشحن وتفريغ في مغلقة بإحكامالحقائب شفافة لالأشعة السينية، دون الحاجة إلى وقف العملية للحصول على البيانات. ونتيجة لذلك، يمكن ملاحظة التغيرات الهيكلية الكهربائي باسم &quot;لقطات في الوقت المناسب&quot;، كما دورات الخلية، ويمكن الحصول على المزيد من المعلومات من مع التقنيات التقليدية. الأشعة السينية طيف الامتصاص (XAS)، كما يشار أحيانا باسم الأشعة السينية الاستيعاب الجميلة هيكل (XAFS) يعطي معلومات حول بنية إلكترونية وهندسية المحلية من المواد. في التجارب XAS، يتم ضبطها طاقة الفوتون على حواف الامتصاص المميزة للعناصر محددة قيد التحقيق. الأكثر شيوعا للمواد البطارية، وهذه الطاقات تتوافق مع K-حواف (1S المدارات) من المعادن التي تمر بمرحلة انتقالية من الفائدة، ولكن لينة XAS التجارب ضبطها لO، F، C، B، N وL 2،3 حواف الصف الأول كما قامت الفلزات الإنتقالية في بعض الأحيان على عينات خارج الموقع 5. ويمكن تقسيم الأطياف الناتجة عن التجارب XAS إلى عدة حيinct المناطق، التي تحتوي على معلومات مختلفة (انظر نيوفيل، M.، أساسيات XAFS، <a href="http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&amp;do=get&amp;target=Newville_xas_fundamentals.pdf" target="_blank">http://xafs.org/Tutorials؟action=AttachFile&amp;do=get&amp;target=Newville_xas_fundamentals.pdf</a> ). السمة الرئيسية، التي تتألف من حافة الامتصاص وتمتد حوالي 30-50 فولت هي وراء امتصاص الأشعة السينية الأدنى هيكل إيدج (XANES) المنطقة، ويشير إلى عتبة التأين لاستمرارية الدول. هذا يحتوي على معلومات حول حالة الأكسدة والكيمياء تنسيق امتصاص. ومن المعروف أن جزء من الطاقة أعلى من الطيف كما الممتدة الأشعة السينية الاستيعاب الجميلة هيكل (EXAFS) المنطقة ويتوافق مع تناثر للطرد من الذرات الضوئية المجاورة. تحليل فورييه لهذه المنطقة يعطي معلومات الهيكلية قصيرة المدى مثل السندات أطوال وأعداد وأنواع الأيونات المجاورة. يتميز Preedge تحت characteristكما تظهر جيم الطاقات امتصاص بعض المركبات في بعض الأحيان. هذه تنشأ من ثنائي القطب التحولات الإلكترونية ممنوع لتفريغ الدول ملزمة لهندستها ثماني السطوح، أو ثنائي القطب يسمح آثار التهجين المداري في تلك رباعي السطوح وغالبا ما تكون مرتبطة إلى التماثل المحلية من امتصاص أيون (على سبيل المثال ما إذا كان هو أو منسقة بشكل رباعي الاسطح octahedrally) 6. XAS هي تقنية مفيدة بشكل خاص لدراسة النظم المعادن المختلطة مثل الوطنية (NMCs) لتحديد الدول الأكسدة الأولية والتي ايونات المعادن الانتقال الخضوع الأكسدة أثناء عمليات delithiation وlithiation. ويمكن الحصول على البيانات على عدة معادن مختلفة بسرعة في تجربة واحدة وتفسير واضح وصريح المعقول. في المقابل، موس باور الطيفي محدودة لعدد قليل فقط المعادن المستخدمة في المواد البطارية (في المقام الأول، الحديد والقصدير). بينما القياسات المغناطيسية يمكن أن تستخدم أيضا لتحديد التأكسد، يمكن أن الآثار اقتران المغناطيسي المضاعفاتالتفسير الشركة المصرية للاتصالات وخاصة لأكاسيد معقدة مثل الوطنية (NMCs). كذلك التخطيط والتنفيذ في الموقع وخارج الموقع والسنكروتروني XRD التجارب XAS إعطاء معلومات تكميلية والسماح صورة أكثر اكتمالا التي سيتم تشكيلها من التغيرات الهيكلية التي تحدث في المواد الكهربائي أثناء تشغيل البطارية العادية مما يمكن الحصول عليها عن طريق التقنيات التقليدية. هذا، بدوره، يعطي فهما أكبر من ما يحكم سلوك الكهروكيميائية للأجهزة.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inert atmosphere glovebox</td>
			<td>Vacuum Atmospheres</td>
			<td>Custom order, contact vendors</td>
			<td>Used during cell assembly and to store alkali metals and moisture sensitive components. (<a href="http://vac-atm.com" target="_blank">http://vac-atm.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inert atmosphere glovebox</td>
			<td>Mbraun</td>
			<td></td>
			<td>Various sizes (single, double) available, many options such as mini or heated antechambers oxygen/water removal systems, shelving, electrical feedthroughs, etc. (<a href="http://www.mbraunusa.com" target="_blank">http://www.mbraunusa.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray powder diffractometer (XRD)</td>
			<td>Panalytical</td>
			<td>X&#39;Pert Powder</td>
			<td>X&#39;Pert is a modular system. Many accessories available for specialized experiments. (<a href="http://www.mbraunusa.com" target="_blank">www.panalytical.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray powder diffractometer (XRD)</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Bruker D2 Phaser</td>
			<td>Bruker D2 Phaser is compact and good for routine powder analyses. (<a href="www.bruker.com" target="_blank">www.bruker.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope (SEM)</td>
			<td></td>
			<td>JSM7500F</td>
			<td>High resolution field emission scanning electron microscope with numerous customizable options. JEOL (<a href="http://www.jeolusa.com" target="_blank">http://www.jeolusa.com</a>) Low cost tabletop versions also available. Contact vendor for options.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pouch Sealer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>11214-107</td>
			<td>Used to seal pouches for in situ work. (<a href="https://us.vwr.com/" target="_blank">https://us.vwr.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual crimping tool</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>HSHCC-2016, 2025, 2032, 2320</td>
			<td>Used to seal coin cells. Match size to coin cell hardware. (<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coin cell disassembling tool</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Used to take apart coin cells to recover electrodes for ex situ work. Needlenose pliers can also be used. Cover ends with Teflon tape to avoid shorting cells. (<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Film casting knives</td>
			<td>BYK Gardner</td>
			<td>4301, 4302, 4303, 4304,4305,2325, 2326,2327,2328, 2329</td>
			<td>Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (<a href="https://www.byk.com/" target="_blank">https://www.byk.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Doctor blades, Baker applicators</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>Baker type applicator and doctor blade. Film casting knives also available.</td>
			<td>Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic film applicator</td>
			<td>BYK Gardner</td>
			<td>2101, 2105, 2121, 2122</td>
			<td>Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (<a href="https://www.byk.com/" target="_blank">https://www.byk.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic film applicator</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat/Galvanostat</td>
			<td>Bio-Logic Science Instruments</td>
			<td>VSP</td>
			<td>Portable 5 channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (<a href="http://www.bio-logic.info/" target="_blank">http://www.bio-logic.info</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat/Galvanostat</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td>Reference 3000</td>
			<td>Portable single channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (<a href="www.gamry.com" target="_blank">www.gamry.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The Area Diffraction Machine</td>
			<td></td>
			<td>Free download</td>
			<td>Used for analysis of 2D diffraction data. Mac and Windows versions available. <a href="http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/" target="_blank">http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IFEFFIT</td>
			<td></td>
			<td>Free download</td>
			<td>Suite of interactive programs for XAS analysis, including Hephaestus, Athena, and Artemis. Available for Mac, Windows, and UNIX. <a href="http://cars9.uchicago.edu/ifeffit/" target="_blank">http://cars9.uchicago.edu/ifeffit/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SIXPACK</td>
			<td></td>
			<td>Free download</td>
			<td>XAS analysis program that builds on IFEFFIT. Windows and Mac versions. <a href="http://home.comcast.net/~sam_webb/sixpack.html" target="_blank">http://home.comcast.net/~sam_webb/sixpack.html</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CelRef</td>
			<td></td>
			<td>Free download</td>
			<td>Graphical unit cell refinement. Windows only. <a href="http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm" target="_blank">http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm and http://www.ccp14.ac.uk/ccp/web-mirrors/lmgp-laugier-bochu/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagent/Material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode active materials</td>
			<td>various</td>
			<td></td>
			<td>Synthesized in-house or obtained from various suppliers.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synthetic flake graphite</td>
			<td>Timcal</td>
			<td>SFG-6</td>
			<td>Conductive additive for electrodes. (<a href="http:/www.timcal.com" target="_blank">www.timcal.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetylene black</td>
			<td>Denka</td>
			<td>Denka Black</td>
			<td>Conductive additive for electrodes. (<a href="http://www.denka.co.jp/eng/index.html" target="_blank">http://www.denka.co.jp/eng/index.html</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>328634</td>
			<td>Used to make electrode slurries. (<a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank">www.sigmaaldrich.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Al current collectors</td>
			<td>Exopack</td>
			<td>z-flo 2650</td>
			<td>Carbon-coated foils. Coated on one side. (<a href="http://www.exopackadvancedcoatings.com" target="_blank">http://www.exopackadvancedcoatings.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Al current collectors</td>
			<td>Alfa-Aesar</td>
			<td>10558</td>
			<td>0.025 mm (0.001 in) thick, 30 cm x 30 cm (12 in x 12 in), 99.45% (metals basis), uncoated (<a href="http://www.alfa.com" target="_blank">http://www.alfa.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cu current collectors</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>Electrodeposited Cu foil</td>
			<td>For use with anode materials for Li-ion batteries. (<a href="http://www.predmaterials.com" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium foil</td>
			<td>Rockwood Lithium</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (<a href="http://www.rockwoodlithium.com" target="_blank">www.rockwoodlithium.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium foil</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320080</td>
			<td>Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (<a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank">www.sigmaaldrich.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium ingot</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>282065</td>
			<td>Anodes for half cells. Can be extruded into foils. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He only. (<a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank">www.sigmaaldrich.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrolyte solutions</td>
			<td>BASF</td>
			<td>Selectilyte P-Series contact vendor</td>
			<td>Contact vendor for desired formulations. (<a href="http://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes" target="_blank">http://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl carbonate (DMC)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>517127</td>
			<td>Used to wash electrodes for ex situ experiments. (<a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank">www.sigmaaldrich.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microporous separators</td>
			<td>Celgard</td>
			<td>2400</td>
			<td>Polypropylene membranes (<a href="http://www.celgard.com/" target="_blank">http://www.celgard.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coin cell hardware (case, cap, gasket)</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>CR2016, CR2025, CR2320, CR2032</td>
			<td>Match size to available crimping tool, Al-clad components also available. (<a href="http://www.predmaterials.com" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wave washers</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>SUS316L</td>
			<td>(<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spacers</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>SUS316L</td>
			<td>(<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ni and Al pretaped tabs</td>
			<td>Pred Materials</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Sizes subject to change. Inquire about custom orders. (<a href="http://www.predmaterials.com/" target="_blank">www.predmaterials.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester pouches</td>
			<td>VWR</td>
			<td>11214-301</td>
			<td>Used to seal electrochemical cells for in situ work. Avoid heavy duty pouches because of strong signal interference. (<a href="https://us.vwr.com" target="_blank">https://us.vwr.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapton film</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>7648A735</td>
			<td>Used to cover electrodes for ex situ experiments, 0.0025 in thick (<a href="http://www.mcmaster.com/" target="_blank">www.mcmaster.com</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helium, Argon and 4-10% hydrogen in helium or argon</td>
			<td>Air Products</td>
			<td>contact vendor for desired compositions and purity levels</td>
			<td>Helium or argon used to fill glovebox where cell assembly is carried out and alkali metal is stored. (<a href="http://www.airproducts.com/products/gases.aspx" target="_blank">http://www.airproducts.com/products/gases.aspx</a>)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Do not use nitrogen because it reacts with lithium. Use only helium if sodium is being stored. 
			Purity level needed depends on whether the glovebox is equipped with a water and oxygen removal system. Hydrogen mixtures needed to regenerate water/oxygen removal system, if present&#160;or any other suitable gas supplier</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of electrode materials for lithium ion and sodium ion batteries using synchrotron radiation techniques

مركبات إقحام مثل أكاسيد المعادن أو الفوسفات الانتقالية هي المواد الكهربائي الأكثر استخداما في ليثيوم أيون والبطاريات نا ايون. خلال الإدراج أو إزالة ايونات المعادن القلوية، والدول الأكسدة من الفلزات الإنتقالية في المركبات تغيير والتحولات الهيكلية مثل مرحلة التحولات و / أو الزيادات المعلمة شعرية أو النقصان يحدث. هذه السلوكيات بدورها تحديد الخصائص المهمة للبطاريات مثل التشكيلات المحتملة، وقدرات المعدل، وحياة دورة. والأشعة السينية مشرق للغاية والانضباطي التي تنتجها الإشعاع السنكروتروني تسمح اقتناء السريع للبيانات عالية الدقة التي توفر معلومات حول هذه العمليات. التحولات في المواد السائبة، مثل التحولات المرحلة، يمكن ملاحظتها مباشرة باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، في حين امتصاص الأشعة السينية الطيفي (XAS) يعطي معلومات عن الهياكل الالكترونية والهندسية المحلية (مثل التغيرات في الدول الأكسدة والسندات لengths). وفي التجارب التي أجريت على الموضع الخلايا العاملة هي مفيدة بشكل خاص لأنها تسمح علاقة مباشرة بين الخصائص الكهروكيميائية والهيكلية للمواد. هذه التجارب هي مضيعة للوقت ويمكن أن يكون تحديا لتصميم ويرجع ذلك إلى تفاعل والهواء حساسية الأنودات الفلزات القلوية المستخدمة في تكوينات نصف الخلية، و / أو إمكانية تدخل إشارة من مكونات الخلية الأخرى والأجهزة. لهذه الأسباب، فمن المناسب لإجراء التجارب خارج الموقع (على سبيل المثال على أقطاب تحصد من الخلايا مشحونة جزئيا أو تدوير) في بعض الحالات. هنا، نقدم بروتوكولات وإجراءات تفصيلية لإعداد كل من خارج الموقع وخارج الموقع في عينات لإجراء التجارب التي تنطوي على الإشعاع السنكروتروني وشرح كيفية تتم هذه التجارب.

ويبين الشكل 2 سلسلة المعتادة المستخدمة في التجربة في الموقع. بعد توليف وتوصيف مساحيق المادة الفعالة، يتم إعداد أقطاب مركب من عجائن تحتوي على المادة الفعالة، الموثق مثل فلوريد البولي فينيل (PVDF) والمواد المضافة موصل مثل أسود الكربون أو الجرافيت معلقة في N...

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques at JoVE.com

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

وصفنا استخدام السنكروتروني الأشعة السينية طيف الامتصاص (XAS) وحيود الأشعة السينية (XRD) تقنيات لبحث تفاصيل العمليات إقحام / deintercalation في المواد الكهربائي ليثيوم أيون وبطاريات أيون الصوديوم. كل من في الموقع، وتستخدم التجارب خارج الموقع لفهم السلوك الهيكلية المناسبة لتشغيل الأجهزة

توصيف مواد الكهربائي للبطاريات ليثيوم ايون وايون الصوديوم عن طريق تقنيات الإشعاع السنكروترون

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

بناء واختبار خلايا كوين من بطاريات ليثيوم ايون

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

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

توصيف التعديلات السطحية من التداخل الضوء الأبيض: تطبيقات في التتفيل ايون، التذرية الليزر، والتجارب علم احتكاك المفاصل

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

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

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

في الموقع النيوتروني مسحوق حيود عن طريق تفصيل بطاريات ليثيوم أيون

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

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

تحليل فشل بطاريات عن طريق استنادا السنكروترون-مجهري الصلب X-راي

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

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

أنواع جديدة والتوافر الحيوي قياسات البلوتونيوم البيئة عن طريق الإنتشار في أغشية رقيقة

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

أومية الاتصال التصنيع باستخدام تقنية تركز أيون شعاع وتوصيف الكهربائية للطبقة أشباه الموصلات النانوية

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

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

تجهيز الكهربائي غير مائي وبناء خلايا بطارية ليثيوم أيون كوين

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

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

باستخدام السنكروترون الإشعاع مجهري المعنية بالتحقيق في نطاق متعدد الحزم الإلكترونية الدقيقة ثلاثي الأبعاد

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Synthesis of Ionic Liquid Based Electrolytes, Assembly of Li-ion Batteries, and Measurements of Performance at High Temperature

توليف أيوني السائل القائم المنحلات بالكهرباء، جمعية بطاريات ليثيوم أيون، وقياسات الأداء عند درجات حرارة عالية

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...