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

Bu çalışma Enerji Verimliliği için Sekreter Yardımcısı ve Yenilenebilir Enerji, Sözleşme No DE-AC02-05CH11231 altında ABD Enerji Bakanlığı Araç Teknolojileri Dairesi tarafından desteklenmektedir. Bu araştırmanın bölümleri Stanford Sinkrotron Radyasyon LightSource, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı bir Müdürlüğü ve Stanford Üniversitesi tarafından Fen Enerji Dairesi US Department ameliyat Bilim Kullanım Kolaylığı bir Ofisi&#39;nde gerçekleştirildi. SSRL Yapısal Moleküler Biyoloji Programı Biyolojik ve Çevresel Araştırma DOE Ofisi tarafından desteklenen ve Sağlık, Araştırma Kaynakları Ulusal Merkezi, Biyomedikal Teknolojisi Programı (P41RR001209) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından.

1.. Deney planlaması <ol><li> Ilgi kiriş denemeler tanımlayın. Kılavuzları olarak kiriş hattı web sayfalarına bakın. SSRL XAS ve XRD, bunlar için 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/beamlines/bl4-3/" target="_blank">http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-3/</a> and <a href="http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl11-3/" target="_blank">http://www-...

<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>

XANES verilerin analizi Lini x yapılmış gibi-Co 1-2x Mn x O 2 (0.01 ≤ x ≤ 1) bileşikleri Ni 2 +, Co 3 + içerdiğini gösterir ve Mn 4 +. 10. Lini üzerine bir yerinde son XAS çalışma , 0.4 Co 0.15 Al 0.05 Mn 0,4 O 2 Ni 2 + sonuçta, Ni 4 + delithiation sırasında, Ni 3 + okside ve olduğunu gösterdi, ama Co 3 + içeren bu re...

Tüketici elektroniği için lityum iyon piller şu anda dünya çapında 11 milyar dolarlık pazar komuta ( <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> ) ve bu plug-in hibrid elektrikli araçlar (PHEVs) ve elektrikli araçlar (AGH) gibi gelişmekte olan araç uygulamaları için ilk tercihtir. Yerine lityum dışında sodyum iyonlarını kullanarak bu cihazlara analogları daha önceki gelişim aşamalarında olduğu, ancak büyük ölçekli enerji depolama maliyet ve arz güvenliği argümanlar 1, 2 dayalı (yani ızgara uygulamaları) için çekici olarak kabul edilir. Alkali metal iyonları farklı potansiyelleri yerleştirme işlemlerine tabi konak yapılar gibi davranan iki elektrot arasında mekik; Hem ikili ardalanmasından sistemleri aynı ilke çalışır. Kendilerini rel edilir, elektrokimyasal hücrelerinrin basit, genellikle organik çözücülerin bir karışımı (Şekil 1) içinde çözülmüş bir tuzundan oluşan bir elektrolitik solüsyon ile doyurulmuş bir gözenekli zar ile ayrılmış akım kollektörü, kompozit pozitif ve negatif elektrot içeren. Grafit ve LiCoO 2 lityum iyon piller için, sırasıyla, en sık kullanılan pozitif ve negatif elektrotlar vardır. , Çeşitli alternatif elektrot malzemeleri de resmetmek 2 O 4 spinel, olivin yapı ile LiFePO 4 varyantları da dahil olmak üzere, özel uygulamalar için geliştirilmiştir ve NMCs pozitif ve sabit karbondan için (bu sırada Co Mn 1-2x O 2 bileşikleri, x x) Li 4 Ti 5 O 12 ve negatifler 3 için kalay ile lityum alaşımları. Lini 0,5 Mn 1,5 O 4 gibi yüksek gerilim malzemeleri gibi katmanlı katmanlı kompozitler (örn. XLI 2 MnO &lt;olarak, yeni yüksek kapasiteli malzemeler0.5 sub&gt; 3 · (1-x) Limn Ni 0.5 O 2), redoks eyalette birden değişikliklere uğrarlar ve Li-Si alaşım anotlar başarıyla konuşlandırılmış ise, gerektiği, şu anda yoğun bir araştırma konusudur edebilir ve geçiş metalleri ile bileşikler ayrıca lityum iyon hücre pratik enerji yoğunluğu yükseltmek. Geçiş metal oksitler, sülfürler, veya florürler, tersine çevrilebilir, metalik element ve bir lityum tuzu indirgenir hangi dönüşüm elektrot olarak bilinen malzemelerin diğer bir sınıfı, (temel anotları yedek olarak) pil elektrotları olarak kullanım için de değerlendirilmektedir 4. Sodyum üzerinde tabanlı cihazlar için, sabit karbon, alaşımlar, NASICON yapıları ve titanatların katot olarak anot ve çeşitli geçiş metal oksitler ve polianiyonik bileşikler olarak kullanılmak üzere araştırılmaktadır. Lityum iyon ve sodyum iyon piller sabit kimyaları dayalı değildir, çünkü onların performans özellikleri oldukça t bağlı olarak değişiro istihdam olduğunu elektrotlar. Elektrotların redoks davranışını potansiyel profilleri, oran yetenekleri ve cihazların döngüsü hayatını belirler. Geleneksel toz X-ray difraksiyonu (XRD) teknikleri saf malzeme ve sağlanıncaya elektrodlardaki ex-situ ölçümün ilk yapısal karakterizasyon için de kullanılabilir, ancak bu tür düşük sinyal gücü ve verileri toplamak için gerekli olan nispeten uzun süreler gibi pratik hususlar bilgi miktarını sınırlamak Bu şarj ve deşarj işlemleri ile elde edilebilir. Buna karşılık, sinkrotron radyasyon yüksek parlaklık ve kısa dalga boyları yüksek kapasiteli görüntü dedektörleri, örneklerinde yüksek çözünürlüklü veri izni edinme kullanımı ile kombine (Stanford Sinkrotron Radyasyon LIGHTSOURCE en ışın hattı 11-3 örn. λ = 0.97 Å), kadar az sn 10 gibi. yerinde çalışmada ücret geçiren hücre bileşenleri iletim modunda gerçekleştirilen ve hermetik deşarjaveri elde etmek için çalışmayı durdurmak zorunda kalmadan X-ışınları şeffaf poşetler,. Bunun bir sonucu olarak, elektrot yapısal değişiklikler, hücre döngü olarak &quot;zamanında anlık&quot; olarak görülebilir, ve çok daha fazla bilgi, geleneksel tekniklerle göre elde edilebilir. X-ışınları soğurma spektroskopisi (XAS), bazen X-ışını Soğurma İnce Yapı (XAFS) malzemelerin yerel elektronik ve geometrik yapısı hakkında bilgi verir olarak anılacaktır. XAS deneylerde, foton enerji araştırma altındaki belirli elemanlarının karakteristik absorpsiyon kenarlarına ayarlanmıştır. En sık pil malzemeler için, bu enerjilerin ilgi konusu geçiş metallerinin K-kenarları (1s orbitaller) tekabül etmektedir, ancak yumuşak XAS deneyler O ayarlı, F, C, B, N ve birinci satırın L 2,3 kenarları Geçiş metalleri bazen ex-situ numuneler 5 yürütülmektedir. XAS deney tarafından oluşturulan spektrumu çeşitli dist ayrılabilirfarklı bilgiler içeren hemen başlatmasından bölgeleri, (Newville, M., XAFS Temelleri, bakınız <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> ). Ana özelliği, emme kenarı oluşan ve yaklaşık 30-50 eV ötesine uzanan Kenar Yapısı civarında X-ışını Soğurma (XANES) bölge ve devletler Devamlılıkta iyonizasyon eşiğini gösterir. Bu durum, emme oksidasyon durumuna ve koordinasyon kimyası ile ilgili bilgileri içerir. Spektrumunun yüksek enerji kısmı Genişletilmiş X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) bölge olarak bilinen ve atılan fotoelektronun kapalı komşu atomlar saçılmasına karşılık gelir. Bu bölgenin Fourier analizi gibi bağ uzunlukları ve numaraları ve komşu iyonlarının türleri gibi kısa menzilli yapısal bilgi verir. Preedge characterist aşağıda özellikleriBazı bileşiklerin ic emme enerjileri bazen görünür. Bu sekizyüzlü geometriler için bağlı eyaletleri veya tetrahedral olanlar dipol izin yörünge melezleme etkileri boşaltmak için dipol yasak elektronik geçişler kaynaklanan ve genellikle emici iyonu (mesela tetrahedrally veya oktahedral olup) yerel simetri korelasyon edilebilir 6.. XAS ilk redoks durumları saptamak için bu tür NMCs gibi karışık metal sistemleri okuyan ve bu geçiş metali iyonları delithiation ve lityasyon işlemleri sırasında redoks geçmesi için özellikle yararlı bir tekniktir. Birkaç farklı metaller ile ilgili veriler tek bir deneyde hızlı bir şekilde elde edilebilir ve yorumlama oldukça basittir. Bunun aksine, Mössbauer Spektroskopisi pil malzemeler (temel olarak, Fe, Sn) kullanılan, sadece birkaç metaller ile sınırlıdır. Manyetik ölçümler ayrıca oksidasyon durumlarını belirlemek için kullanılabilir iken, manyetik bağlantı etkileri komplikasyonlar olabilirözellikle, NMCs gibi karmaşık oksitler te yorumlanması. Iyi planlanmış ve idam situ ve ex-situ Sinkrotron XRD ve XAS deneyler tamamlayıcı bilgi vermek ve bir daha tam bir resim konvansiyonel teknikler ile elde edilebilir olandan akü normal çalışma sırasında elektrot malzemesi meydana yapısal değişikliklerin biçimlendirilmesine izin. Bu da, cihazların elektrokimyasal davranışı yöneten ne daha iyi anlaşılmasını sağlar.

<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

Gibi geçiş metali oksitleri ya da fosfatlar gibi intercalation bileşiklerinin Li-ve iyon Na iyon pil en yaygın olarak kullanılan elektrot malzemelerdir. Ekleme ya da alkali metali iyonlarının çıkarılması sırasında bileşiklerinde geçiş metallerinin redoks durumları değiştirebilir ve bu faz geçişleri ve / veya kafes parametre arttıkça veya azaldıkça yapısal dönüşümleri meydana gelir. Sırayla bu davranışlar gibi potansiyel profilleri, hızı yetenekleri ve çevrim yaşamları gibi pillerin önemli özelliklerini belirlemek. Sinkrotron ışınımı tarafından üretilen son derece parlak ve ayarlanabilir x-ışınları bu süreçler hakkında bilgi sağlayan yüksek çözünürlüklü verilerin hızlı bir şekilde alınmasını sağlayacak. X-ışınları soğurma spektroskopisi (XAS) yerel elektronik ve geometrik yapıları (redoks devletler örneğin değişiklikler ve bağ hakkında bilgi verir iken bu tür faz geçişleri gibi dökme malzemeler, dönüşümler, doğrudan, X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak görülebilir lBu malzemelerin, elektrokimyasal ve yapısal özellikleri arasında doğrudan bir ilişki sağlamak için uzunluklarının). yapan hücreleri üzerinde gerçekleştirilen in situ deneylerde yararlıdır. Bu deneyler, zaman alıcıdır ve sebebiyle yarı-hücre konfigürasyonları kullanılan alkali metal anodlarının reaktivite ve hava-duyarlılık tasarımı zor ve / veya diğer hücre bileşenleri ve donanım sinyal girişim olasılığı edilebilir. Bu nedenlerden ötürü, bazı durumlarda (örneğin, kısmen yüklü ya da döngüsü hücrelerinden hasat elektrodlardaki) ex-situ deneyleri yürütmek için uygundur. Burada, biz sinkrotron radyasyon içeren deneyler için hem de ex-situ ve in situ örneklerinde hazırlanması için ayrıntılı protokoller sunmak ve bu deneyler yapılır nasıl gösterilmektedir.

Şekil 2, bir in situ deneyde kullanılan tipik bir dizisini göstermektedir. Sentezi ve aktif madde tozları tanımlanmasından sonra, bileşik ya da elektrot üzerine döküm aktif madde, örneğin poliviniliden florür (PVDF) ve karbon siyahı ya da N-metilpirolidinon (NMP) içinde süspansiyon haline getirilmiş grafit gibi iletken katkı maddeleri olarak bir bağlayıcı içeren çamurlar hazırlanır alüminyum veya bakır folyo akım kollektörleri. Alüminyum lityum iyon pil katot ve so...

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

Biz Sinkrotron X-ışını soğurma spektroskopisi (XAS) ve X-ışını kırınımı Li-ion ve Na-ion piller için elektrot malzemeleri intercalation / deintercalation süreçlerin detaylarını prob (XRD) teknikleri kullanımını tanımlamak. In situ ve ex-situ deneyler cihazların çalışması için gerekli yapısal davranışını anlamak için kullanılır hem de

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

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

İnşaat ve Lityum İyon pillerin Coin Hücre Testi

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

İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

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

Yerinde Nötron Toz Kırınım olarak Ismarlama Lityum-iyon Piller kullanma

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

Sinkrotron merkezli Sert X-ışını Microtomography kullanılması Akü Arıza Analizi

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

İnce Filmlerde Difüzyon kullanma Çevre Pluton&#39;un Türleşme ve biyoyararlanımı Ölçümleri

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

Ohmik İletişim Fabrikasyon bir Odaklı iyon Işın Tekniği ve Elektriksel Karakterizasyonu Katmanı Yarıiletken Nanoyapıların için kullanma

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

Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

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

Çok ölçekli Üç boyutlu Mikroelektronik paketleri Soruşturma Sinkrotron Radyasyon Microtomography kullanma

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

İyonik Sıvı Bazlı Elektrolitlerin Sentezi Li-ion Piller, Meclis ve Yüksek Sıcaklığında Performans Ölçümleri

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

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

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