必威手机客户端材料科学研究

电池研究

用新的表征解决方案克服电池研究中的挑战

概述

揭示储能材料的工作原理必威手机客户端

发电和储能相关应用需要一些当今最复杂的材料开发计划,以实现效率和可靠性目标。我们的许多电子设备,从笔记本电脑到智能手机,都是由可充电锂离子(Li-ion)供电的电池,它们很快也会扩展到许多其必威手机客户端他领域。这包括通过不断开发和采用电动汽车实现的运输。新材料正在不断开发,改变我们捕获、传输和储存能量的方式。

任何电池的性能,无论是容量、寿命还是能量密度,最终都取决于组成其阳极、阴极、电解液和SEI的材料的固有特性。Bruker开发了一套全面的表征技术,使科学家能够了解并优化所有电池组件和完全组装电池的物理和化学特性、性能和稳定性。必威手机客户端

继续阅读,了解原子力显微镜、FTIR光谱、纳米力学测试、X射线衍射、拉曼显微镜、X射线显微镜和X射线光谱如何揭示储能材料的工作原理。必威手机客户端


原位表征

原位表征

红外光谱电化学

溶质和电极的研究

研究人员可以在实验室级电池模型系统的溶质和电极中原位监测电化学过程。这些模型系统不是现成的电池产品,但可以在编程电压循环期间调整阳极、阴极材料、电解液成分、温度等。FTIR光谱与电化学反应同步。因此,收集了随时间/电位变化的红外光谱。FTIR光谱与电化学的结合,除了实验的电化学响应外,还提供了对所研究分子的分子变化和反应过程的洞察。必威手机客户端

原位/原位X射线衍射

在循环过程中遵循电池单元的行为

在充电/放电过程中,每个电池单元的阴极和阳极都会不断发生变化,例如由于锂离子的插入。通过X射线衍射(XRD),可以同时跟踪相组成的变化和晶体结构的演变。这使研究人员能够在原子水平上了解新的储能材料,跟踪循环过程中发生的反应,并监测降解行为,以改善电池性能。必威手机客户端

我们的X射线衍射仪支持您在电池材料方面的研究和开发,从隔离阴极和阳极材料的现场分析,到全功能币形和袋形电池的实际操作研究。必威手机客户端

原位电化学原子力显微镜

原位观察Li枝晶生长

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性的最大问题之一,但由于锂化合物的反应性和脆性,特别是在研究固体电解质界面(SEI)生长时,很难探索枝晶生长的初始阶段。

利用电化学模式的原子力显微镜,可以追踪电位控制下电极表面的形态演变。这些实验揭示了不同电解液在石墨上的不同锂沉积,为锂电池中树枝状生长的潜在机制提供了更深入的理解。

现场和失效分析

现场和失效分析

用MALDI MSI扫描电池电极

激光解吸电离成像研究电化学副反应

在有机电合成和电池研究的新兴领域,电极活性表面上的电化学副反应对效率和再现性提出了重大挑战。

通常,观察到一种或多种化合物在电极活性表面上的非期望聚合。这些聚合物倾向于吸附在电极上,导致活性表面钝化,这通常被称为“电极污染”。

使用timsTOF-fleX的质谱成像能够识别吸附副产物并在空间上进行解析可视化。因此,基于timsTOF-fleX的成像允许对电极污染进行研究,并为电化学反应途径提供有价值的见解。

4-乙基苯酚氧化后,比较电池出水的ESI质谱和BDD电极的平均LDI质谱。第二行:电化学处理和简化聚合方案后的电极照片。下图:包括一种羟基化化合物的氧化聚合4-乙基苯酚的空间低聚物分布的LDI-MS图像(E1-E4)。流动方向为从左到右。
电池的纳米力学测试

提高电池安全性

机械损伤,包括电极和分离器的脆性破坏,可导致储存能量的急剧释放,包括电池火灾。此外,涂层、机械(或离子)失效诱导膨胀和硬化、制造产生的应力以及多次充放电循环产生的机械应力和损伤对新器件的开发和集成构成了重大挑战。因此,出于安全和性能原因,有必要了解这些器件的机械性能,包括每种组件在适当的规模。

电池材料的纳米力学测试为新兴材料提供了定量表征,并为改善机械性能提供必威手机客户端了更深入的见解。

用拉曼显微镜研究电池

柔性电极中的碳分析

众所周知,使用LiFePO4(LFP)基阴极的电池非常安全,没有热失控的风险,但导电率低,限制了高充放电率下的性能。在LFP颗粒上涂覆一层非常薄的碳涂层可以提高其导电性。利用拉曼光谱可以研究碳涂层阴极材料的阳极稳定性,这表明涂层的均匀性。必威手机客户端

电池的所有成分,如阳极/阴极材料和电解液,都可以使用拉曼显微光谱仪进行非常高的横向分辨率分析,必威手机客户端包括ex-和原位分析。碳被广泛用于电池。拉曼光谱可用于区分其同素异形体,并提供进一步的信息,如缺陷浓度。

用X射线显微镜对电池和燃料电池进行成像

验证结构完整性并研究电极的微观结构

X射线显微镜能够无损地显示电池和燃料电池的内部3D结构。因此,XRM是一个很好的工具,可以通过监测组件的内部对齐(如电池寿命期间的电极分离)或压力测试来帮助理解故障机制。

现代高性能电池(如锂离子电池)的电极微观结构显著影响循环寿命和容量等关键性能。因此,我们花了大量精力仔细优化工艺参数,以找出最佳电池性能。XRM作为多尺度分析技术支持先进的电池研究,因为它可以以高分辨率显示单个阳极和阴极层的微观结构。

使用SKYSCAN 1275扫描的PR44按钮单元,8µm体素大小。
电子显微镜中的波长色散光谱仪

铅酸蓄电池电极中的元素映射

铅酸蓄电池电极上S和Pb的X射线元素分布图

铅酸蓄电池(蓄电池)是一种可再充电装置,用于储存电化学过程产生的电能。蓄电池由铅(Pb)和二氧化铅(PbO)制成的电极组成2.)和稀硫酸(37%H2.所以4.)作为电解液。在铅酸蓄电池放电过程中,精细分散的硫酸铅(PbSO4.)在一个过程中形成电极,该过程通过充电而逆转。然而,在某些条件下,电极上也会形成永久性沉积物。WDS获得的X射线元素图非常适合调查导致电池故障的硫酸化沉积物的性质和空间分布。