材料科学研究

电池的研究

用新颖的表征解决方案克服电池研究的挑战

概述

揭示储能材料的工作原理

能源生产和储能相关的应用需要当今一些最复杂的材料开发计划,以满足效率和可靠性的目标。bob平台靠谱吗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电池供电的,而且它们很快也会扩展到许多其他领域。这包括通过持续发展和采用电动汽车的交通。新材料不断被开发出来,改变了我们捕捉、传输和储存能量的方式。

任何电池的性能,无论是就其容量、寿命还是能量密度而言,最终都取决于构成其阳极、阴极、电解质和SEI的材料的内在特性。bob电竞安全吗Bruker开发了一套全面的表征技术,使科学家能够了解和优化所有电池组件和完整组装电池的物理和化学性能、性能和稳定性。

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射线光谱学是如何揭示储能材料的工作原理的。


原位表征

原位表征

红外光谱光谱电化学法

研究溶质和电极

研究人员可以在实验室水平的电池模型系统中实时监测溶质和电极的电化学过程。这些模型系统不是现成的电池产品,但有可能调整阳极,阴极材料,电解质组成,温度等在程序bob综合是什么电压循环。FTIR光谱与电化学反应同步。结果采集了随时间/电位变化的红外光谱。FTIR光谱与电化学的结合除了提供了实验的电化学响应外,还提供了对被研究分子的分子变化和反应过程的洞察。

原位/ operando x射线衍射

在骑行过程中跟踪电池的行为

在充放电过程中,由于锂离子的插入,每个电池的正极和阳极都会发生不断的变化。利用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。这使得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,监测降解行为,以提高电池性能。

我们的x射线衍射仪支持您在电池材料的研究和开发,从分离的正极和负极材料的原位分析,到全功能硬币电池和袋式电池的操作中调查。

原位电化学原子力显微镜

观察原位锂枝晶生长

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全的最大问题之一,但由于锂化合物的易反应性和脆弱性,探究枝晶生长的初始阶段是困难的,特别是在研究固体电解质界面(SEI)的生长时。

利用电化学模式的原子力显微镜,可以追踪在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质在石墨上的不同锂沉积,为锂电池中枝晶生长的潜在机制提供了更深入的理解。

迁出和失效分析

迁出和失效分析

MALDI MSI扫描电池电极

用激光解吸/电离成像研究电化学副反应

在电有机合成和电池研究的新兴领域中,电极活性表面的电化学副反应对效率和再现性提出了重大挑战。

通常,在电极的活性表面观察到一个或多个化合物的不希望的聚合。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的质谱成像能够对吸附的副产物进行识别和空间分辨可视化。bob综合是什么因此,基于timsTOF flex的成像技术可以对电极污垢进行研究,并为电化学反应途径提供有价值的见解。

4-乙基苯酚氧化后电池排出液ESI质谱与BDD电极平均LDI质谱的比较。第二排:电化学处理和简化聚合方案后的电极照片。下图:含一个羟基化合物的氧化聚合4-乙基苯酚的空间寡聚物分布的LDI-MS图像(E1-E4)。流动方向为从左到右。
电池的纳米力学测试

增加电池安全

机械损伤,包括电极脆性失效和分离器穿透,会导致储存的能量大量释放,包括电池起火。此外,涂层的失效、机械(或离子)引起的膨胀和硬化、制造过程中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,为了安全和性能的原因,有必要了解这些设备的机械性能,包括在适当的尺寸规模下的每个组件。

电池材料的纳米力学测试为新兴材料的定量表征和提高力学性能提供了更深入的见解。

电池的拉曼显微镜研究

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,但导电性低,限制了在高充放电率下的性能。在LFP粒子上涂上一层很薄的碳涂层可以提高其导电性。用拉曼光谱法研究了碳包覆正极材料的阳极稳定性,证明了涂层的均匀性。

电池的所有组件,如正极/正极材料和电解质,都可以使用拉曼显微光谱以非常高的横向分辨率进行分析,无论是在原位置还是原位。碳被广泛用于电池。拉曼光谱可用于区分其同素异形体,并可提供缺陷浓度等进一步信息。

用x射线显微镜成像电池和燃料电池

验证电极结构完整性,研究电极微观结构

x射线显微镜能够无损地可视化电池和燃料电池的内部3D结构。因此,XRM是一个很好的工具,可以通过监控组件的内部对齐(如电池寿命期间的电极分离),或在压力测试中帮助理解故障机制。

锂离子电池等现代高性能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,很多努力都花在了精心优化工艺参数上,以梳理出最佳的电池性能。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揭示单个阳极和阴极层的微观结构。

PR44钮扣细胞用SKYSCAN 1275扫描,8µm体素大小。
电子显微镜中的波长色散光谱仪

铅酸电池电极的元素映射

铅酸电池电极上S和Pb的x射线元素分布图

铅酸电池(蓄能器)是一种可充电装置,用于储存由电化学过程产生的电能。这种电池由铅(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。在铅酸电池放电过程中,细分散的硫酸铅(PbSO4)在充电过程中在电极上形成。然而,在某些条件下,永久沉积也可以在电极上形成。通过WDS获得的x射线元素图是研究导致电池故障的硫酸盐沉积的性质和空间分布的理想方法。