Revealing battery secrets with ECRaman solutions

Význam tématu

Analýza fungování NiMH baterií je klíčová pro vývoj udržitelných energetických úložišť. Kombinace elektrochemie a Ramanovy spektroskopie umožňuje sledovat chemicko-fyzikální proměny elektrody in situ a v reálném čase, což přispívá k efektivnějším článkům s vyšší životností a energetickou hustotou.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem Application Note bylo demonstrovat využití hyphenované EC-Raman spektroskopie při simulovaných cyklech nabíjení a vybíjení Ni(OH)₂ vrstev na zlaté elektrodě. Studie porovnala uzavřenou EC-Raman buňku s otevřeným screen-printed elektrodením systémem (220BT SPE) a identifikovala fáze Ni(OH)₂ ↔ NiOOH.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byla použita hyphenovaná sestava Metrohm zahrnující i-Raman Prime 532H a potenciostat PGSTAT302N. Postup zahrnoval:

• Elektrochemické hrubování zlaté pracovní elektrody v roztoku KCl
• Chronopotenciometrickou depozici Ni(OH)₂ z roztoku Ni(NO₃)₂
• Cyklickou voltametrii v 0,1 mol/L NaOH se záznamem Ramanových spekter v průběhu potenciálových cyklů

Hlavní výsledky a diskuse

EC-Raman měření prokázala:

• Reverzibilní špičky v cyklické voltametrii okolo 0,5 V vs. Ag/AgCl charakteristické pro Ni(OH)₂/NiOOH přechody
• Objevení Ramanových pásů při 476 a 556 cm⁻¹ při oxidaci na NiOOH a jejich ústup při redukci
• Vyšší intenzity signálu u otevřené SPE konfigurace, avšak citlivější na kontaminaci a vliv kyslíku na pseudoreferenci

Přínosy a praktické využití metody

EC-Raman spektroskopie nabízí detailní vhled do proměn materiálu během elektrochemických procesů. Umožňuje optimalizaci depozice a návrh stabilnějších elektrochemických článků, což je cenné pro výzkum i průmyslové aplikace v oblasti QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

Mezi perspektivní směry patří:

• Rozšíření na lithiové a další bateriové materiály
• Operando měření s kontinuálním průtokem pro reálné podmínky
• Integrace s dalšími spektroskopickými technikami pro komplexní charakterizaci struktur a reakcí

Závěr

Hyphenovaná EC-Raman spektroskopie se osvědčila jako efektivní nástroj pro sledování přechodů Ni(OH)₂/NiOOH během simulovaných cyklů. Metoda potvrzuje schopnost zachytit chemické změny v reálném čase a podporuje vývoj lepších bateriových technologií.

Použitá instrumentace

• i-Raman Prime 532H
• Potenciostat PGSTAT302N
• EC-Raman Flow Cell s Au WE, Pt CE, Ag/AgCl RE
• Screen-printed elektroda 220BT se zlatou WE/CE a Ag RE

Reference

• O’Dea S. Battery market size worldwide by technology 2018–2030. Statista, 2023.
• Yeo B.S., Bell A.T. In Situ Raman Study of Nickel Oxide and Gold-Supported Nickel Oxide Catalysts for the Electrochemical Evolution of Oxygen. J. Phys. Chem. C 2012, 116(15), 8394–8400.
• Tian Z.-Q., Ren B., Wu D.-Y. Surface-Enhanced Raman Scattering: From Noble to Transition Metals and from Rough Surfaces to Ordered Nanostructures. J. Phys. Chem. B 2002, 106(37), 9463–9483.