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拉曼光谱法改良电池寿命

宣布时候:2020-05-28 11:44:13

电池手艺是人类可延续绿色动力将来的关头支柱。国际动力署(IEA)在其20209月的报告中夸大了这一现实,该报告题为电池和电力存储立异:基于专利数据的环球调研1在媒介中,国际动力署履行董事Faith Birol博士说:国际动力署对环球动力将来的展望,夸大了成长更好、更自制的电力存储的日趋增添的主要性。她接着正告说:可是储能这一相称主要的手艺,就其今朝的安排和机能而言,还不到达其应有的程度。处理以后锂电池能量存储题目的一种能够处理计划是摸索利用新型资料出产电池。本利用指南将回首一个研讨团队若何利用拉曼光谱手艺在开辟替换的高存储容量手艺——中温钠硫(IT-NaS)电池的研讨中所供给的赞助。

 

改良电池的持久轮回性

Kandhasamy等人在他们最近颁发的题为进步中温钠硫(IT-NaS)电池的机能和持久可轮回性的运转战略2文章中诠释说:虽然今朝天下上最大的电池存储单位接纳了NaS电池手艺,但因为须要极高的运转温度(约350°C),是以并未取得普遍接纳。 同时已察看到这个低温使尝试室的室温产生了变更,这些装备仍遭到阴极侵蚀和阳极结晶的搅扰,从而致使机能降落和寿命延长。 是以该团队研讨了能够在150°C以下宁静运转的IT-NaS电池设想,开端成果标明在良多方面都有但愿,不管小型仍是大型电池其放电容量都远低于实际极限。跟着进一步研讨,他们察看到仅颠末一个充放电轮回后,IT-NaS电池的内阻便较着增添,这标明阴极四周的电解质(称为阴极电解质)产生了不可逆的降解。因为拉曼光谱对应于份子键的振动频次,是以它出格适合研讨同素异形体。是以研讨小组决议利用Avantes公司的AvaRaman-532 TEC拉曼光谱仪丈量初始和收受接管的阴极电解质。基于图1所示的成果,经由进程175cm-1拉曼旌旗灯号强度的增添能够很较着地看出硫(S)正在产生化学变更。经由进程将拉曼光谱峰与已知的硫(S)谱段停止拟合,他们判定拉曼峰值的增添是因为绝缘S8的增添和活性S4的削减,进而证实了拉曼光谱法对同素异形体具备很高的特同性。凭仗着拉曼光谱学供给的光谱数据,研讨团队摸索了良多优化方式,包罗浓缩阴极液浓度和减小阴极液条理。终究,研讨职员研制出了具备加强型持久机能,杰出不变性和首创性的均匀总电池能量效力(73±4%)的电池。

 


1:初始和收受接管阴极电解质的拉曼光谱3

拉曼光谱体系请求

因为拉曼旌旗灯号表现为光子能量的变更,而不是光子的间接接收或发射,是以对激起,检测和采样有一些怪异的请求。拉曼体系的主要请求是利用窄线宽和波长不变的激光器。一切拉曼光谱均以频次漂移的情势停止丈量,在图1中显现为拉曼频移(cm-1)。是以,很较着地激光波长的任何红移(向长波标的目的挪动)或蓝移(向短波标的目的挪动)城市致使拉曼光谱呈现挪动。另外,假定激光的线广大于光谱仪的光谱分辩率或拉曼光谱的线宽,将致使察看到的光谱恍惚,终究下降光谱分辩率。AvaRaman-532拉曼光谱仪利用极为不变的532nm倍频Nd:YAG激光器,其线宽小于0.1nm 532 nm0.1 nm的线广大约相称于3.5 cm-1,大大低于AvaRaman-532光谱仪的10 cm-1分辩率,以避免拉曼光谱失真。

接上去,必须领会拉曼效应是由非线性光学景象引发的,是以拉曼旌旗灯号强度普通很是细小(量子效力约10-6)。是以,须要把激光高度聚焦在样品上,并且光谱仪须要接纳较长的积分时候,是以一切Avantes公司的拉曼光谱仪都利用热电制冷型探测器。 AvaRaman-532 TEC拉曼光谱仪包罗了一台AvaSpec-ULS2048L-TEC光谱仪,能够把探测器冷却至5°C,并不变在0.1°C的温度规模内。利用苯规范品停止测试时信噪比(SNR)可达200:1。 全新的AvaRaman-532 HERO-EVO接纳科研级的AvaSpec-HERO光谱仪,探测器的制冷温度能够低至-10°C,利用苯规范品停止测试时信噪比(SNR)可高达800:1

另外,有须要领会在这个利用中为甚么研讨职员挑选利用532 nm的激光波长,而不是更罕见的785 nm激光波长。在拉曼光谱中有两种相互合作的景象会影响波长的挑选。起首是所谓的欧米伽四次方依靠性,致使了波长越短散射效力越高。从外表上看,这象征着较短的激光波长是拉曼光谱的更优挑选,但因为第二种景象(激光引诱自体荧光),使得凡是环境并非如斯。凡是,荧光都比拟弱,但与拉曼散射比拟,荧光仍是很强。成果致使激光引诱自体荧光会完整袒护拉曼光谱。因为大大都无机份子在可见光和紫外光激起下会收回荧光,是以凡是挑选785nm激光激起。可是,在本文这类利用中,因为方针阐发物是无机物,是以自觉荧光很是小,以是研讨职员接纳了效力更高的532 nm激光。

这个现实对他们的胜利相称主要,因为阴极电解质具备很强的接收性因为接纳785 nm激起须要更高的激光功率,有能够致使熄灭。 是以,Avantes供给532 nm785 nm两种版本的AvaRaman光谱仪,给研讨职员带来更大的矫捷性。

最初,须要指出的是他们用来辨认阴极电解质中S8175cm-1拉曼光谱比拟接近激光自身的谱线,而因为用规范的滤光片很难熬滤掉来自激光器的缩小自觉辐射,以是大大都商用拉曼光谱仪的拉曼Cut-on频移为200cm-1。荣幸的是,一切Avantes公司的拉曼光谱仪,包罗AvaRaman-532,都利用了尖真个边缘峻峭滤光片和专有的光学设想,能够丈量低至100cm-1的拉曼频移。 此功效使AvaRaman光谱仪成为丈量较重原子(比方在较低频次振动的硫)的抱负挑选。

 

亮点

Avantes公司将高活络度AvaSpec光谱仪与532 nm785 nm激光连系起来,可为拉曼丈量供给超卓的丈量成果。光谱仪是按照激光器的波长而拟定的适合设置装备摆设。 若是挑选内置科研级的AvaSpec-HERO光谱仪。因为其较低的暗噪声(仅2个计数),您将取得更好的测试成果。当您丈量如拉曼光谱如许的细小旌旗灯号时,其超卓的信噪比(8001)就变得很是主要。一样,当须要及时监督细小的进程变更时,也能够经由进程其超卓的信噪最近辨别。 其更高的数值孔径(NA)为其带来更好的活络度,这将致使更多的光子照耀到探测器上。因为其探测器可冷却至-10°C,是以能够取得较低的噪声程度,并且其控温精度可达+/ -0.1°C并且很是不变,以是能够取得很是精确且反复性好的丈量成果。这些特色加起来使其能够用于对测试前提请求更高的利用(如弱光,更高的信噪比,低噪声程度)。

 

论断

Avantes还供给模块化和OEM版本的拉曼体系。 有关Avantes供给的一切尝试室和OEM光谱仪和激光器、探头和采样附件的更多信息,请随时与咱们接洽。