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能量存储

当下,可充电电池已经成为许多电子设备的日常供电来源,例如手机、平板电脑和笔记本电脑,以及正在变得司空见惯的电动汽车。鉴于对有效储能的高度需求,工业领域不断研究开发出在充电速度、能量密度和寿命方面更加优化的电池。而 WITec 成像系统恰好能够对充电电池和燃料电池进行全面表征。通过拉曼成像,能够获得电解质和电极材料的分布并研究它们的结晶度,还能 结合其他成像技术 进行更多研究,例如表面结构。

2019年诺贝尔化学奖颁给了研究锂离子电池的发展的John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham 和 Akira Yoshino。John B. Goodenough博士及其德克萨斯大学团队在研究工作期间就用到了 WITec alpha300 拉曼显微镜。

在要求特定保护环境(如氮气或氩气)下进行样品处理,会涉及很多生产流程,例如半导体和汽车行业。WITec 显微系统可配备自动化组件,从而实现在隔离罩外进行远程操作 (Gray et al. 2020, DOI: 10.1063/5.0006462)。全部测量流程都由 WITec Suite FIVE软件控制,并通过EasyLink手柄进行操作,甚至能通过一键操作对系统进行自动校准。

WITec alpha300 apyron 全自动拉曼显微镜放置在环境箱内 (手套箱来自 MBRAUN, Garching, Germany).

应用实例

锂离子电池的拉曼成像图。阳极由石墨(青色)和无定形碳(蓝色)组成,隔膜由聚丙烯(黄色)和聚乙烯薄片(绿色)组成,阴极由锂金属氧化物(红色)和无定形碳(蓝色)组成。 样品来自Timo Sörgel, Gerhard Schneider (Institut für Materialforschung, Hochschule Aalen, Germany)
快速循环后的锂离子电池阴极RISE(拉曼-扫描电镜)成像图。由于重复循环导致的变化影响了锂金属氧化物颗粒的组成。 样品来自Dean Miller (Tescan USA)
电化学沉积 Li(NiMnCo)O2 电池颗粒的RISE(拉曼-扫描电镜)成像图。 不同颜色表示不同区域钴和镍的浓度。左上角插图为拉曼成像图。两个成像的比例尺均为10 µm。 样品来自 Timo Sörgel, Gerhard Schneider (Institut für Materialforschung, Hochschule Aalen, Germany)

联用拉曼成像

WITec多功能成像系统可实现 多种成像技术联用 对同一样品位置进行测量并获得该位置的全面信息。可实现在同一个显微镜系统中的多种联用技术组合,包括 共聚焦拉曼成像原子力 (AFM)扫描近场光学 (SNOM) 和 扫描电镜 (SEM)。共聚焦拉曼技术能够提供样品化学信息,还能在无需额外设置的情况下,进行光致发光成像。AFM可检测形貌、结构和物理特性,例如刚性和粘性。SEM能实现高分辨率表面结构分析。SNOM可进行接近光学衍射极限的高分辨率测量。除此之外,还有 时间寿命单光子计数 (TCSPC) 或 形貌测量 等多种解决方案

所有 WITec 系统配置都可以随时升级,以适应新的科研实验扩展需求。


文献

Application Note Battery Research


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