Détection sensible élémentaire de la chimie dans les Batteries par spectroscopie d’Absorption des rayons x mous et la diffusion des rayons x inélastique résonante

Jinpeng Wu; Shawn Sallis; Ruimin Qiao; Qinghao Li; Zengqing Zhuo; Kehua Dai; Zixuan Guo; Wanli Yang

doi:10.3791/57415

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Article de méthode

Détection sensible élémentaire de la chimie dans les Batteries par spectroscopie d’Absorption des rayons x mous et la diffusion des rayons x inélastique résonante

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DOI :

10.3791/57415

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17 avril 2018

Jinpeng Wu¹^,² , Shawn Sallis²^,³ , Ruimin Qiao² , Qinghao Li²^,⁴ , Zengqing Zhuo²^,⁵ , Kehua Dai²^,⁶ , Zixuan Guo²^,⁷ , Wanli Yang²

¹Geballe Laboratory for Advanced Materials, Stanford University, ²Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, ³Department of Materials Science and Engineering, Binghamton University, ⁴School of Physics, National Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, ⁵School of Advanced Materials, Peking University Shenzhen Graduate School, ⁶School of Metallurgy, Northeastern University, ⁷Department of Chemical Engineering, University of California-Santa Barbara

Dans cet article

Résumé

Nous présentons ici un protocole pour des expériences de spectroscopie d’absorption des rayons x mou (sXAS) et diffusion de rayons x inélastique résonante (RIXS) avec les applications typiques en études matérielles de la batterie.

Résumé

Stockage d’énergie est devenu de plus en plus un facteur limitatif de l’énergie durable applications actuelles, y compris les véhicules électriques et réseau électrique vert basé sur volatile solaire et sources du vent. La demande pressante de développer des solutions de stockage d’énergie électrochimique haute performance, c'est-à-dire, piles, repose sur une compréhension fondamentale et évolutions pratiques de l’Académie et de l’industrie. Le formidable défi de développer la technologie de batterie réussie découle d’exigences différentes pour des applications de stockage d’énergie différents. Densité d’énergie, puissance, stabilité, sécurité et des paramètres de coût que doivent toutes être équilibré dans les batteries pour répondre aux exigences des différentes applications. Par conséquent, plusieurs technologies de batteries basent sur différents matériaux et mécanismes doivent être développés et optimisés. Outils incisifs qui pourraient sonder directement les réactions chimiques dans divers matériaux de batterie deviennent essentielles pour faire progresser le domaine au-delà de sa démarche d’essais et d’erreurs classique. Nous présentons ici des protocoles détaillés pour spectroscopie d’absorption des rayons x mou (sXAS), molle spectroscopie d’émission de rayons x (sXES) et résonnant inélastique des rayons x (RIXS) expériences de diffusion, qui sont fondamentalement élémentaire sensible des sondes de la transition-métal 3D et anion 2p États composés de batterie. Nous fournissons les détails sur les techniques expérimentales et des démonstrations révélant les principaux États chimiques dans les matériaux de la batterie grâce à ces techniques de spectroscopie des rayons x mous.

Introduction

Développement de piles haute performance est l’une des conditions essentielles pour réaliser des applications de l’énergie moderne avec des ressources respectueuses et les appareils. Développer des dispositifs de stockage d’énergie hautement efficace, peu coûteux et durable est devenu essentiel pour les véhicules électriques (SVE) et le réseau électrique, avec une expansion du marché stockage énergie projetée de dix fois au cours de cette décennie. La technologie de batterie (LIB) Li-ion omniprésente reste un candidat prometteur pour la haute densité d’énergie et haute puissance energy storage solutions¹, tandis que les piles ion-Na (EISE) teni....