用拉曼光谱来开发替代高存储容量的技术

Kandhasamy等人最近发表了一篇题为“运营策略来提高性能和长期cyclability中间温度的电池储能电池(IT-NaS)。”²

文章强调,尽管全球最大电池存储单元利用NaS电池,这项技术还没有广泛接受由于需要极其高温操作在350°C。

作者还指出,尽管室温变体已经被证明在实验室环境中,这些设备很容易阴极阳极侵蚀和晶体的形成,导致减少寿命和性能的损失。

为了解决这个问题,小组选择调查潜在IT-NaS电池设计适合安全运行在150°C。初步结果看起来很有希望,但这些也显示了放电容量,大大低于理论极限为小型和大型电池配置。

进一步的调查显示,IT-NaS细胞的内部阻力有显著提高一次充电和放电周期后,指示不可逆下降接近负极电解液——一个区域称为阴极电解液。

拉曼带对应于分子键的振动频率,使这项技术特别适合同素异形体的调查。因此,团队选择采用旅行车avaraman - 532 TEC拉曼光谱仪在测量的初始和阴极电解液回收。

获得的结果(图1)清楚地显示增加175厘米¹乐队,强调中的硫电池发生化学变化。

图1所示。拉曼光谱的初始和阴极电解液中恢复过来³。图片来源:旅行车BV

Peak-fitting这些光谱对现有和已知年代乐队证实,峰高的增加是由于增加绝缘₈和减少活跃年代₄。

特异性的程度应这个演示自信地突出了拉曼光谱的效用而言,调查同素异形体。

使用拉曼光谱,可以探索不同的优化策略,包括缩小阴极电解液层和阴极电解液浓度稀释。

研究人员最终能够实现长期稳定、改善性能,一个突破性的平均总细胞73±4%的能源效率。

拉曼光谱系统级要求

拉曼信号表达自己是光子能量的变化而不是直接发射或吸收的光子。由于这个原因,有许多拉曼激发特定要求,检测和取样。

任何拉曼系统的最重要的要求是确保它利用一个适当的窄线宽,wavelength-stabilized激发激光。拉曼光谱测量总是作为一个频率的变化。

图1显示这种拉曼位移(cm¹),允许清楚的观察任何红色或蓝色激光波长的变化,导致后续的拉曼光谱峰值变化。

如果激光线宽大于拉曼带的线宽或光谱仪的光谱分辨率,这将导致一个“模糊”的观察到光谱和光谱分辨率的降低。

的avaraman - 532雇佣了一个高度稳定的532 nm倍频Nd: YAG激激光的线宽小于0.1纳米所能达到的水平。

这0.1线宽为532 nm对应大约3.5厘米¹——一个值显著低于sp10厘米¹avaraman - 532的分辨率光谱仪——一个深思熟虑的设计特性避免失真的拉曼。

同样重要的是要注意,喇曼效应源于非线性光学现象,这意味着这个过程是极其薄弱~ 10⁶量子效率。

图片来源:旅行车BV

适应这一弱点需要使用紧密聚焦激光和长时间的整合。为了方便拉曼光谱所需的积分时间相对较长,每一个激进的“拉曼光谱仪采用热电的(TE)冷却探测器。

avaraman - 532 TEC用于研究也包含AvaSpec-ULS2048L-TEC。这个乐器是TE冷却到5°C和稳定在0.1°C,确保信噪比(信噪比)的200:1当测试通过苯标准的应用。

HERO-EVO avaraman - 532是一个新模型能够利用的力量AvaSpec-HERO使TE降温到-10°C,为用户提供一个优秀的信噪比苯的对比度。

优势的532 nm激发波长

研究人员决定使用532纳米波长对于这个应用程序,而不是更常见的785 nm激发。

两个相互竞争的现象影响拉曼光谱的波长的选择。一个是ω的四的依赖。这种现象会导致增加散射波长较短的效率。

虽然这个建议更短的波长拉曼光谱总是一个更好的选择,这并非总是如此由于第二种现象:自体荧光。

荧光通常被认为是弱光的过程,但它仍然是重要的拉曼散射相比,与自体荧光通常完全屏蔽的拉曼光谱。

兴奋的时候大多数的有机分子发出荧光的可见光和紫外线,这意味着波长785纳米的激光激发通常是首选。

作为无机感兴趣的分析物在这个应用程序中,有最小的自体荧光,增加的人员能够利用拉曼效率在532海里。

利用这个提高效率的能力中心研究者的成功由于阴极电解液高度吸收剂,这将燃烧如果受到激光785海里激发所需的权力越高。

先锋派的同时提供532 nm和785 nm版本AvaRaman系统出于这个原因,确保人员有必要的灵活性的应用程序。

~ 175厘米¹拉曼带用来确定年代的存在₈阴极电解液的相对接近激光线。

重要的是要注意,大多数商业拉曼光谱仪特征拉曼的转变在~ 200厘米¹由于标准光学过滤器的过滤掉任何困难放大自发的激光源排放。

的全方位的拉曼光谱仪——包括avaraman - 532功能尖端ultra-sharp边缘过滤器和一个专有的光学设计能够促进拉曼的测量转变到100厘米¹。

这使得AvaRaman高度适合测量重原子如硫,这较低的振动频率。的还提供了一系列的模块化和OEM拉曼系统,包括探测、激光源和样品配件。

引用

1. IEA(2020),创新在电池和电力存储,IEA,巴黎https://www.iea.org/reports/innovation-in-batteries-and-electricity-storage
2. Kandhasamy, S。Nikiforidis, G。、Jongerden G.J.Jongerden F。van de Sanden,贝拉和糌粑,M.N.、操作策略来提高性能和长期cyclability中间温度的钠硫(NaS)应承担的电池。ChemElectroChem。
3. Kandhasamy, S。Nikiforidis, G。、Jongerden G.J.Jongerden F。van de Sanden,贝拉和糌粑,M.N.、操作策略来提高性能和长期cyclability中间温度的钠硫(NaS)应承担的电池。ChemElectroChem。{支持材料}亚博网站下载

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