Batterieforschung
Übersicht
Einblicke in die Funktionsweise von Energiespeichermaterialien
anwendungen im bereich der energieerzugung und -speicherung erfordern einige der komplexesten motitalententwicklungsinitiatiatiationdergenwart，um die ziele hinsichtlich effizienz undzuverlässigkeitZueReichen。Heutzutage Werden Viele UnsererElektronischenGeräte，Von笔记本电脑Bis Hin Zu智能手机，MIT Wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien（Li-ion）Betrieben，Vielen Anderen anderen anderen anderen anderen bereich bereichen bereichen einzug einzug haltententen。DazuGehört，Durch Die Laufende Entwicklung und Steigende verbreitung von elektrofahrzeugen，Auch der Transportsektor。Es WerdenStändigNeueMetitalien Entwickelt，Die Art und Weise，Wie Wir Energie Gewinnen，übertragenund Speichern，Verändern。
Die Leistung Jeder Patchie，OB，Bezug auf IhreKapazität，Lebensdauer Oder Energiedichte，HängtLetztlich Von den den spezifischen Eigenschen eigenschanfen eigenschaften der Mitalialien ab，Aus denen anode，aus denen anode，kathode，kathode，kathode，elektrolyt，elektrolyt usei bestei bestei bestehen。Bruker hat eine umfassende Reihe von Charakterisierungstechniken entwickelt, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Leistung und die Stabilität aller Batteriekomponenten und der vollständig zusammengesetzten Batteriezellen zu verstehen und zu optimieren.
Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Rasterkraftmikroskopie, FTIR-Spektroskopie, nanomechanische Tests, Röntgendiffraktion, Raman-Mikroskopie, Röntgenmikroskopie und Röntgenspektroskopie Einblicke in die Funktionsweise von Energiespeichermaterialien geben.
In-situ-Charakterisierung
In-situ-Charakterisierung
Untersuchung von gelösten Komponenten und Elektrode
Forscher können in-situ den elektrochemischen Prozess in den gelösten Komponenten und Elektroden eines Labor-Batteriemodellsystems überwachen. Diese Modellsysteme stellen keine fertigen Batterieprodukte dar. Aber man hat die Möglichkeit, die Anoden- und Kathodenmaterialien, die Elektrolytzusammensetzung, die Temperatur usw. während eines programmierten Spannungszyklus aufeinander abzustimmen. Die FTIR-Spektroskopie wird mit der elektrochemischen Reaktion synchronisiert. Als Ergebnis werden IR-Spektren über die Zeit / das Potenzial aufgenommen. Die Kombination von FTIR-Spektroskopie mit Elektrochemie bietet neben der elektrochemischen Reaktion des Experiments auch Einblicke in die molekulare Veränderung und den Reaktionsprozess der untersuchten Moleküle.
Verfolgen des Verhaltens der Batteriezellen während des Zyklus
Währenddes Ladens/EntladensVerändernSich Kathode和Anode Jeder Batteriezelle Stetig，Z。B. Durch das einbringen von li-kationen。MitderRöntgendiffraktion（XRD）KönnenSowohl Die Wechselnde phasenzusammensetzung als auch auch die entwicklung der kristallstruk gleichzeitig gleichzeitig verfolgt werden。Diesermöglichtes den forschern，neue Energiespeichermaterialien auf原子能Ebene ebene zu verstehen，die reaktionen，diewährenddes zyklus auftreten，zu verfolgen und das das das deGradations deGradations verhalten Zuu ien Zuend fatraine um die even vereenn fatraine fatfateern。
untereRöntgendiffraktoterunterstützensie bei ihrer erforschung und intwicklung von von von von taftiematerialien，von der ex-Situ-Analyse iSlaseers iSlaseers kathoden- kathoden- and-poperando-poperando-poperando-untersuchung vollektionsfulktionsfulktionsfoulktionsfoulktionsfoulktionsfounktionsfounktionsfounktionsfounktionsfoun。
Beobachtung des Li-Dendriten-Wachstums in-situ
das wachstum von lithium dendriten ist einesdergrößten问题，das die sicherheit von li-ionen-batterien betrifft。Die Untersuchung der anfangsstadien des dendritenwachstums ist jedoch aufgrund der reaktived and zerbrechlichen beschaffenheit von lithiumverbindungen schwierig，insbesondere wenn das das wachstum wenn das wachstum an der der sei untersucht wird wird。
Mithilfe der elektrochemischen Rasterkraftmikroskopie kann die morphologische Entwicklung der Elektrodenoberfläche unter Potenzialkontrolle nachvollzogen werden. Diese Experimente zeigen unterschiedliche Li- Abscheidungen auf Graphit für verschiedene Elektrolyte, was ein tieferes Verständnis des zugrundeliegenden Mechanismus des Dendritenwachstums in Li-Batterien ermöglicht.
Ex-situ- und Fehleranalyse
Ex-situ- und Fehleranalyse
Untersuchung elektrochemischer nebenreaktionen durch laserdesorptions-/iRisisationsbildgebung
In den aufstrebenden Gebieten der elektroorganischen Synthese und Batterieforschung stellen elektrochemische Nebenreaktionen auf der aktiven Oberfläche von Elektroden eine große Herausforderung für Effizienz und Reproduzierbarkeit dar.
Haufig将死unerwunschte聚合静脉oder mehrerer Verbindungen auf der aktiven Oberfläche von Elektroden beobachtet. Diese Polymere neigen dazu, an der Elektrode zu adsorbieren, was zu einer Passivierung der aktiven Oberfläche führt, was oft als „Elektrodenfouling“ bezeichnet wird.
死massenspektrometrische Bildgebung麻省民主党蒂姆TOF fleX ermöglicht die Identifizierung und die ortsaufgelöste Visualisierung der adsorbierten Nebenprodukte. Daher ermöglicht die timsTOF fleX-basierte Bildgebung die Untersuchung von Elektrodenfouling und liefert wertvolle Einblicke in elektrochemische Reaktionswege.
Erhöhoungder Batteriesicherheit
Mechanische Beschädigungen, wie z. B. Sprödbruch der Elektroden und Durchdringung des Separators, können zu einer drastischen Freisetzung der gespeicherten Energie bis hin zu Batteriebränden führen. Darüber hinaus stellen das Versagen von Beschichtungen, mechanisch (oder durch Ionen) induzierte Quellung und Versteifung, Spannungen bei der Herstellung sowie mechanische Spannungen und Schäden durch mehrfache Lade-Entlade-Zyklen erhebliche Herausforderungen für die Entwicklung und Integration neuer Geräte dar. Daher ist es sowohl aus Sicherheits- als auch aus Leistungsgründen notwendig zu verstehen, wie sich diese Geräte mechanisch verhalten, einschließlich jeder Komponente in der entsprechenden Größe.
Die nanomechanische Prüfung von Batteriematerialien bietet eine quantitative Charakterisierung für neue Materialien und tiefere Einblicke zur Verbesserung der mechanischen Leistung.
Kohlenstoffanalyse in flexiblen Elektroden
Batterien mit auf LiFePO4 (LFP) basierenden Kathoden sind bekanntermaßen sehr sicher und weisen kein Risiko eines thermischen Durchgehens auf, haben jedoch eine geringe elektrische Leitfähigkeit, was die Leistung bei hohen Lade-/Entladeraten einschränkt. Eine sehr dünne Kohlenstoffschicht auf den LFP-Partikeln kann die Leitfähigkeit verbessern. Die anodische Stabilität von kohlenstoffbeschichteten Kathodenmaterialien kann mit Raman-Spektroskopie untersucht werden, wodurch die Homogenität der Beschichtung nachgewiesen werden kann.
Alle Komponenten einer Batterie wie Anoden-/Kathodenmaterialien und Elektrolyte können mit einer sehr hohen lateralen Auflösung mittels Raman-Mikrospektroskopie sowohl ex- als auch in -situ analysiert werden. In Batterien wird häufig Kohlenstoff verwendet. Raman-Spektren können zur Unterscheidung seiner Allotrope verwendet werden und liefern weitere Informationen wie die Störstellenkonzentration.
Überprüfen Sie die strukturelle Integrität und erforschen Sie die Mikrostruktur von Elektroden
Röntgenmikroskopie ermöglicht die zerstörungsfreie Visualisierung der inneren 3D-Struktur von Batterien und Brennstoffzellen. XRM ist daher ein großartiges Werkzeug, um Fehlermechanismen zu verstehen, indem die interne Ausrichtung von Komponenten wie die Elektrodentrennung über die Batterielebensdauer oder in Stresstests überwacht wird.
Die Elektrodenmikrostruktur moderner Hochleistungsbatterien wie Li-Ionen-Batterien beeinflusst wesentliche Eigenschaften wie Zykluslebensdauer und Kapazität maßgeblich. Daher werden viele Anstrengungen unternommen, um die Verarbeitungsparameter sorgfältig zu optimieren, um die beste Akkuleistung herauszukitzeln. XRM als Multiskalen-Analyseverfahren unterstützt die fortschrittliche Batterieforschung, da es die Mikrostruktur der einzelnen Anoden- und Kathodenschichten mit hoher Auflösung aufzeigen kann.
Blei-Säure-Batterieelektroden中的元素映射
Blei-Säure-Batterien (Akkumulatoren) sind wiederaufladbare Geräte zur Speicherung von elektrischer Energie, die durch elektrochemische Prozesse erzeugt wird. Die Batterien bestehen aus Elektroden aus Blei (Pb) und Bleidioxid (PbO2) und verdünnter Schwefelsäure (37 % H2SO4) als Elektrolyt. Während der Entladung von Blei-Säure-Batterien bildet sich auf den Elektroden sehr fein verteiltes Bleisulfat (PbSO4). Dieser Prozess wird durch das Wiederaufladen rückgängig gemacht. Unter bestimmten Bedingungen können sich jedoch auch permanente Ablagerungen auf den Elektroden bilden. Von WDS aufgenommene Röntgenelementkarten sind ideal zur Untersuchung der Art und räumlichen Verteilung von Sulfatierungsablagerungen, die zu einem Batterieausfall führen.
