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Almacenamiento de Energía

Las baterías recargables proporcionan la energía para muchos dispositivos electrónicos que utilizamos a diario, como teléfonos móviles, tabletas y ordenadores portátiles, y los coches eléctricos que se están convirtiendo en algo habitual. Debido a la gran demanda de almacenamiento eficaz de energía, la investigación industrial sigue desarrollando baterías con propiedades optimizadas en cuanto a velocidad de carga, densidad energética y vida útil. Los sistemas de imagen de WITec permiten la caracterización completa de las baterías. Las imágenes Raman pueden mostrar la distribución de los materiales del electrolito y del electrodo e investigar su cristalinidad. Puede combinarse con técnicas de imagen complementarias para estudiar, por ejemplo, las estructuras superficiales.

En 2019, el desarrollo de las baterías de iones de litio fue reconocido con el Premio Nobel de Química para John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino. El grupo de investigación de John B. Goodenough en la Universidad de Texas en Austin utiliza un microscopio Raman WITec alpha300 para su trabajo científico.
La manipulación de muestras bajo atmósferas protectoras como el nitrógeno o el argón es necesaria para muchos procesos de producción como, por ejemplo, las industrias de semiconductores y automotriz. Los microscopios WITec pueden estar equipados con componentes automatizados que permiten el funcionamiento a distancia dentro de compartimentos ambientales (Gray et al. 2020, DOI: 10.1063/5.0006462). Todos los pasos de la medición Raman se controlan con el software Suite FIVE de WITec y el intuitivo control remoto EasyLink. Incluso es posible la autoalineación y la autocalibración del sistema con sólo pulsar un botón.

Microscopio Raman WITec alpha300 apyron totalmente automatizado al inetrior de una cabina ambiental (caja de guantes de MBRAUN, Garching, Alemania).
Microscopio Raman WITec alpha300 apyron totalmente automatizado al inetrior de una cabina ambiental (caja de guantes de MBRAUN, Garching, Alemania).

Aplicaciones

WITec Battery Raman Whitelight Imagen Raman superpuesta a una imagen de luz blanca de una batería de iones de litio. El ánodo está formado por carbono grafítico (cian) y amorfo (azul), el separador por láminas de polipropileno (amarillo) y polietileno (verde) y el cátodo por óxido metálico de litio (rojo) y carbono amorfo (azul). Muestra cortesía de Timo Sörgel, Gerhard Schneider (Institut für Materialforschung, Hochschule Aalen, Alemania).
Imagen RISE (Raman-SEM) del cátodo de una batería de iones de litio de ciclo rápido. Los cambios debidos a los ciclos repetidos influyen en la composición de las partículas de óxido metálico de litio. Muestra por cortesía de Dean Miller (Tescan USA)
Imagen RISE (Raman-SEM) de partículas de batería de Li(NiMnCo)O2 depositadas electroquímicamente. Los diferentes colores indican diferentes concentraciones locales de cobalto y níquel. El recuadro muestra la imagen Raman. La barra de escala indica 10 µm en ambas imágenes. Muestra por cortesía de Timo Sörgel, Gerhard Schneider (Institut für Materialforschung, Hochschule Aalen, Alemania).

Imágenes Raman Correlativas

Los instrumentos altamente versátiles de WITec pueden combinar varias técnicas de imagen para proporcionar información complementaria desde la misma región de la muestra. Entre las posibles combinaciones que pueden integrarse en un sistema de microscopía se encuentran las de imagen Raman Confocal, la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), la Microscopía Óptica de Campo Cercano (SNOM) y la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). La microscopía Raman Confocal proporciona información química y las imágenes de fotoluminiscencia pueden obtenerse sin necesidad de añadir nada a la configuración. La AFM detecta la topografía, la estructura y las propiedades físicas, como la rigidez y la adhesión. El SEM muestra la estructura de la superficie a muy alta resolución. Las mediciones de alta resolución de SNOM pueden superar el límite de difracción óptica. Además, se ofrecen soluciones para el recuento de fotones individuales en función del tiempo (TCSPC) o las mediciones topográficas. Todas las configuraciones de instrumentos de WITec pueden ser ampliadas en cualquier momento para adaptar el sistema a requisitos nuevos o adicionales.


Literatura

Application Note Battery Research


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