Elementale-sensibile alla rilevazione della chimica in batterie attraverso la spettroscopia di assorbimento di raggi x molli e risonante Inelastic x-ray Scattering

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

doi:10.3791/57415

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Articolo metodologico

Elementale-sensibile alla rilevazione della chimica in batterie attraverso la spettroscopia di assorbimento di raggi x molli e risonante Inelastic x-ray Scattering

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DOI:

10.3791/57415

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17 aprile 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

In questo articolo

Sommario

Qui, presentiamo un protocollo per tipici esperimenti di spettroscopia di assorbimento di raggi x molle (sXAS) e diffusione anelastica risonante di raggi x (RIXS) con applicazioni in studio dei materiali della batteria.

Abstract

Accumulo di energia è diventato sempre più un fattore limitante delle applicazioni di energia sostenibile odierne, tra cui veicoli elettrici e griglia elettrica verde basata su volatile solare e vento fonti. La pressante domanda di sviluppare soluzioni di storage di energia elettrochimica ad alte prestazioni, vale a dire, batterie, si basa sulla comprensione fondamentale sia gli sviluppi pratici dall'Accademia e l'industria. La formidabile sfida di sviluppare tecnologia della batteria successo deriva dai requisiti differenti per applicazioni differenti di immagazzinaggio di energia. Densità di energia, potenza, stabilità, sicurezza e parametri di costo che tutti dobbiamo essere equilibrati nelle batterie per soddisfare le esigenze delle diverse applicazioni. Di conseguenza, più batteria tecnologie basate su diversi materiali e meccanismi devono essere sviluppate e ottimizzate. Strumenti incisivi che direttamente potrebbero sondare le reazioni chimiche in vari materiali per batterie stanno diventando critici per avanzare il campo oltre l'approccio convenzionale di prova-e-errore. Qui, presentiamo protocolli dettagliati per spettroscopia di assorbimento di raggi x molle (sXAS), spettroscopia di emissione raggi x molle (sXES) e risonante anelastici esperimenti di scattering (RIXS) dei raggi x, che sono intrinsecamente Elementale sensibili sonde del transizione-metallo 3D e anione stati 2P in batteria composti. Forniamo i dettagli sulle tecniche sperimentali e dimostrazioni rivelando gli Stati chiavi chimici in materiali della batteria attraverso queste tecniche di spettroscopia di raggi x molli.

Introduzione

Lo sviluppo di batterie ad alte prestazioni è uno dei requisiti fondamentali per realizzare applicazioni di energia moderna con dispositivi e risorse ecocompatibili. Lo sviluppo di dispositivi di storage di energia ad alta efficienza, basso costo e sostenibile è diventata fondamentale per veicoli elettrici (SVE) e la rete elettrica, con un'espansione di mercato del deposito di energia proiettata di dieci volte in questo decennio. L'onnipresente tecnologia li-ion batteria (LIB) rimane un candidato promettente per densità di alta energia e soluzioni di archiviazione della energia di alto potere¹, mentre le batterie agli ioni di Na (SIBs) tengono ....