Nutzerforschung an BESSY II: Graphitelektroden für wiederaufladbare Batterien untersucht
Das während des Ladevorgangs aufgenommene Tomogramm zeigt die ortsaufgelösten Veränderungen der Graphit-Elektrodendicke einer wiederaufladbaren Aluminium-Ionen-Batterie im entladenen und geladenen Zustand.
© HZB
Wiederaufladbare Graphit-Dual-Ionen-Batterien sind preisgünstig und leistungsstark. Ein Team von der Technischen Universität Berlin hat an der EDDI Beamline von BESSY II untersucht, wie sich während des Zyklierens (operando) die Morphologie der Graphit-Elektroden reversibel verändert. Die 3D-Röntgentomographieaufnahmen kombiniert mit simultaner Diffraktion erlauben nun eine präzise Auswertung der Prozesse, insbesondere von Volumenveränderungen der Elektroden. Dies kann dazu beitragen, Graphitelektroden weiter zu optimieren.
Published in Advanced Functional Materials (2020); Simultaneous X‐Ray Diffraction and Tomography Operando Investigation of Aluminum/Graphite Batteries; Giuseppe Antonio Elia, Giorgia Greco, Paul Hans Kamm, Francisco García‐Moreno, Simone Raoux, Robert Hahn
DOI: 10.1002/adfm.202003913
Abstract: Rechargeable graphite dual‐ion batteries are extremely appealing for grid‐level stationary storage of electricity, thanks to the low‐cost and high‐performance metrics, such as high‐power density, energy efficiency, long cycling life, and good energy density. An in‐depth understanding of the anion intercalation mechanism in graphite is fundamental for the design of highly efficient systems. In this work, a comparison is presented between pyrolytic (PG) and natural (NG) graphite as positive electrode materials in rechargeable aluminum batteries, employing an ionic liquid electrolyte. The two systems are characterized by operando synchrotron energy‐dispersive X‐ray diffraction and time‐resolved computed tomography simultaneously, establishing a powerful characterization methodology, which can also be applied more in general to carbon‐based energy‐related materials. A more in‐depth insight into the AlCl4−/graphite intercalation mechanism is obtained, evidencing a mixed‐staged region in the initial phase and a two‐staged region in the second phase. Moreover, strain analysis suggests a correlation between the irreversibility of the PG electrode and the increase of the inhomogenous strain. Finally, the imaging analysis reveals the influence of graphite morphology in the electrode volume expansion upon cycling.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.