Advancing Research of Lithium-Ion Batteries Using the Agilent Cary 630 FTIR Spectrometer

Význam tématu

Rostoucí poptávka po lithium-iontových bateriích, zejména v automobilovém sektoru, klade vysoké nároky na rychlý vývoj nových materiálů a analytických metod schopných charakterizovat polymery, elektrolyty a elektrodové komponenty. FTIR spektroskopie nabízí rychlou a citlivou analýzu složení a interakcí materiálů, což je klíčové pro optimalizaci výkonu a bezpečnosti baterií.

Cíle a přehled studie

Cílem white paperu je ukázat, jak výzkumné týmy po celém světě využívají Agilent Cary 630 FTIR spektrometr pro analýzu a charakterizaci komponent lithium-iontových baterií. Dokument shrnuje konkrétní aplikace a výsledky publikované v několika vybraných studiích.

Použitá metodika a instrumentace

• FTIR spektrometr Agilent Cary 630 ve variantách s ATR modulem a ge-ATR
• Interchangeable sampling modules pro pevné, filmové a kapalné vzorky
• Softwarové nástroje Agilent MicroLab a MicroLab Expert pro automatické řízení analýzy a vyhodnocení
• Možnost provozu v inertní atmosféře v gloveboxu pro citlivé elektrolyty

Hlavní výsledky a diskuse

• Vertikální grafenoxidové filmy zlepšují vodivost a kapacitu baterie; FTIR potvrdil odstranění hydroxylových skupin
• Studie lithiování magneto-ionických materiálů pro sledování stavu nabití na základě posunu vibrací CN vazeb
• Ko-syntéza Co-Sn kompozitů na nanopórovitém uhlíku zvýšila strukturální stabilitu anod
• Polymerové povlakování absorbuje CO2 pro zvýšení bezpečnosti a životnosti baterií
• Grafting polymerů na částice Li4Ti5O12 vytváří homogenní vrstvy pro zlepšenou elektrodovou kinetiku
• Vyhodnocení složení elektrolytů pomocí FTIR a strojového učení pro rychlé stanovení koncentrací LiPF6 a organických karbonátových rozpouštědel
• Vložení dvourozměrných grafenoxidových nanosheetů do polymerního elektrolytu zvýšilo iontovou vodivost a mechanickou pevnost

Přínosy a praktické využití metody

FTIR spektrometr Agilent Cary 630 nabízí:

• Rychlou a nenáročnou kvalitativní i kvantitativní analýzu komponent baterií
• Minimální dobu přípravy a snížení chybovosti díky intuitivnímu softwaru
• Možnost modulární konfigurace pro široké spektrum vzorků
• Provoz v inertní atmosféře pro citlivé elektrolyty a materiály

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace umělé inteligence a strojového učení pro pokročilou analýzu spekter
• On-line monitorování chemických změn v reálném čase během nabíjecích cyklů
• Rozšíření portfolia samplovacích modulů pro nové materiály a nanokompozity
• Využití kompaktního designu FTIR spektrometru v průmyslovém měřítku a terénních aplikacích

Závěr

Agilent Cary 630 FTIR se ukázal jako univerzální a spolehlivý nástroj pro výzkum a vývoj lithium-iontových baterií. Díky modularitě, vysoké reprodukovatelnosti a uživatelsky přívětivému softwaru umožňuje efektivní charakterizaci materiálů a podporuje rychlý pokrok v této klíčové oblasti energetiky.

Reference

• Masias A Marcicki J Paxton WA Opportunities and Challenges of Lithium Ion Batteries in Automotive Applications ACS Energy Letters 2021 6 2 621–630
• Liu Y et al Highly Aligned Graphene Oxide for Lithium Storage in Lithium Ion Battery Through A Novel Microfluidic Process Adv Mater Interfaces 2023 10 2201612
• Hu Y et al Lithiating Magneto Ionics in a Rechargeable Battery Proc Natl Acad Sci USA 2022 119 25 e2122866119
• Sheeraz A et al ZIF 67 Derived Co Sn Composites with N doped Nanoporous Carbon as Anode Material for Li ion Batteries Mater Chem Phys 2021 270 124824
• Daigle JC et al Novel Polymer Coating for Chemically Absorbing CO2 for Safe Li ion Battery Sci Rep 2020 10 1 10305
• Daigle JC et al A Versatile Method for Grafting Polymers onto Li4Ti5O12 Particles Applicable to Lithium Ion Batteries J Power Sources 2019 421 116–123
• Ellis LD et al A New Method for Determining the Concentration of Electrolyte Components in Lithium Ion Cells Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Machine Learning J Electrochem Soc 2018 165 A256
• Yuan M et al High Performance Solid Polymer Electrolyte with Graphene Oxide Nanosheets RSC Adv 2014 4 59637
• Buteau S et al User Friendly Freeware for Determining the Concentration of Electrolyte Components in Lithium Ion Cells Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy Beers Law and Machine Learning J Electrochem Soc 2019 166 A3102