原位红外光谱法和操作红外光谱法是支持新型电池材料设计和新电池系统开发的有力技术,这些技术可以通过识别新物种的形成和监测电化学能量稳定性来支持电池的研究。
然而,将这些技术应用到电池的研究少,这些技术可以用于研究各种材料,包括锂离子技术以外的系统。
因此,对锂离子电池和其他电池系统的原位和操作红外光谱技术的作用的研究较少,这些技术可以成功地识别电解质还原、电极降解和固体电解质间相(SEI)层形成过程中物种的形成。
电池是将化学反应释放的能量转化为电能的能量储存装置,这些设备可以播放在若干应用中发挥关键作用,如便携式电力电子、电动汽车、卫星、医疗设备和可再生能源固定系统。
由于这些不断扩大的市场,需要去改善它们的能源和功率密度、循环寿命、成本和使用更环保的组件。
离子在电解液中的迁移率是影响电池性能的关键因素,它包括两个过程:电解液中电荷的迁移率和溶剂化离子的迁移率。这些工艺可以解决正极氧化、负极上金属锂的形成以及电解液电还原等问题。
除了离子迁移率,电极材料的选择显著影响电池电压,循环性和锂离子电池的容量。
因此,必须对LIBs电极、电解质及其间相作为固体-电解质间相(SEI)层进行进一步改善,以支持先进材料的结构设计,从而设计出新型的LIBs体系和超越锂离子电化学的体系。
在光谱学中,“原位”和“操作”已被广泛应用于催化剂的表征。
原位分析是指在类似于电池的条件下进行实时分析,而operando分析是在真实电池的动态极化条件下进行。
另一方面,非原位分析是在使用前或使用后在细胞外对系统进行表征,这是一种有价值的方法,但在某些情况下受到限制。
主要是因为只显示整个过程的两幅图片(开始和结束),无法显示在一个过程中可能发生的多个事件与观察到的变化之间的相关性,而且需要从电化学环境中去除材料,这意味着观察到的变化可能是由于缺乏电化学控制(电位或电流)造成的。
将材料从电化学环境中去除后,根据技术的不同,暴露于大气、惰性气体、真空等存在的环境中,这可以修改之前与不同的物质或材料(可能是电解质)接触的材料。
在这些技术中,FTIR光谱是一种表面敏感的技术,适合于研究结构界面上的变化。与FTIR光谱不同,x射线衍射(XRD)等其他技术对表面不敏感。
相比之下,它们可以识别材料的大部分变化。FTIR和Raman光谱都是振动技术,它们可以相互补充,但FTIR光谱由于其较高的灵敏度,通常可以研究更多的体系。
虽然原位FTIR光谱在电催化中得到了广泛的应用,但在电池领域的例子较少。通过原位或操作FTIR光谱研究电池系统的最新进展,不断地改变和创新使得第一个能够计算快速傅里叶变换(FFT)的商用红外光谱仪的有了进一步发展。