Электроды уони для чего предназначены: Электроды Уони

Содержание

Электроды Уони

Электроды под маркой УОНИ пользуются неизменно высоким спросом как среди профессионалов, так и любителей. На потребительском рынке они представлены большим ассортиментом, что дает возможность выбрать оптимальный вариант продукта под конкретный вид работы. Производители предлагают марки электродов для работы с разными металлами.

Общее описание

Продукция данной торговой марки является оптимальным вариантом для тех, кто стремится получить высококачественный шов при ручной дуговой сварке. Каждый из профессионалов знает, что для того, чтобы сформировать качественный сварной шов, нужно долго и напряженно практиковаться. В технологии ручной дуговой сварки особое внимание отводится правильному подбору электродов. Для этих целей отлично подходит марка УОНИ.

Какими же особенностями они обладают? Прежде всего, нужно учесть, что для работы с данными расходными материалами необходимо выбрать обратную полярность и постоянный ток. На выбор температурный режим сварочных работ не оказывает никакого влияния. Во-вторых, электроды специально разрабатывались под потребности практикующих специалистов. Студент или начинающий сварщик вряд ли сможет сразу же положить качественный шов. Скорее всего, не получится у него это и с пятой попытки. Это следует учесть, чтобы не разочароваться вначале своего пути.

Продукция торговой марки УОНИ поставляется в торговую сеть разного диаметра. Среди потребителей наибольшей популярностью пользуются электроды диаметром 3 и 4 мм. С их помощью можно соединить большинство металлических заготовок. Многие обращали внимание на разную маркировку, казалось бы, одинаковых электродов. Да, действительно, их состав отличается незначительно. Тем не менее, разработаны они для соединения металлов разного химического состава.

Для чего предназначены электроды УОНИ

В торговой сети представлены четыре вида электродов. Первые из них – УОНИ 13/45 – применяются для работы со стальными заготовками.

Сваривать можно любой вид стали, независимо от ее состава. Эта марка подходит и для соединения литьевых деталей. Швы отличаются высокой эластичностью в сочетании с прочностью. В состав расходников данной марки входит никель и молибден.

Марка 13/55 станет оптимальным выбором для работ с низколегированной сталью. Не имеет значение пространственное расположение сварного шва. Не рекомендуется только выполнять работы по направлению сверху-вниз при стандартных настройках аппарата: постоянный ток в сочетании с обратной полярностью. УОНИ 13/55 имеют основной тип покрытия, который горит менее устойчиво по сравнению с рутиловым. Несмотря на это, качество шва не вызывает нареканий даже у опытных пользователей. Обращается внимание на стойкость наплава к возникновению трещин.

Применять в своей работе УОНИ 13/65 новичкам вряд ли придется. По той причине, что они предназначены для сваривания особо ответственных конструкций, которые неопытным специалистам делать просто не доверяют. Электродами можно работать в любом направлении и положении.

Качество сварного соединения намного лучше, чем у ранее рассмотренных марок электродов.

И последняя рассматриваемая марка 13/85 предназначена для работы с легированной сталью. Использовать их в другой ситуации не оправдано, поскольку качество шва останется таким же, как от более дешевых аналогов. допускается сварка деталей в любом пространственном положении.

Читайте также: Сварочные электроды: виды и применение

Хранение

Чтобы результат сварочных работ был всегда на высшем уровне, мало знать тонкости выполнения работы. Важно правильно хранить электроды, чтобы они охранили неизменными свои лучшие качества.

Идеальной принято считать ситуацию, когда под хранение электродов выделяется отдельное помещение. Внутри должен поддерживаться нужный микроклимат, а именно: сухой воздух и постоянная температура. Оптимальные показатели термометра должны быть близкими к 15 градусам Цельсия. Достичь таких условий, а тем более постоянно их поддерживать без кондиционирования воздуха очень сложно.

В случаях, когда используется подвальное помещение или специально оборудуется комната под землей, нужно обеспечить хорошую изоляцию от проникновения влаги. Это очень сложно. Добиться идеальных условий хранение в гараже или даже квартире не получится. И тогда встает вопрос: а как же хранить электроды без солидных капиталовложений?

Важно их держать в помещении, где есть отопление и поддерживается более-менее стабильный температурный режим. Большинство гаражей не отапливается, поэтому на зиму неиспользованные электроды лучше все-таки забрать в дом или квартиру. Сухое и темное место подходит как нельзя лучше. Это может быть антресоль или полка в шкафу. Если гараж отапливается, то можно электроды оставить здесь в закрытом светонепроницаемом футляре. Его несложно изготовить самостоятельно (например, из отрезка пластиковой трубы).

Нельзя оставлять электроды на открытой почве или в траве. Даже в том случае, когда они упакованы. Картонная коробка либо любая иная упаковка могут рассматриваться как контейнер для транспортировки, но не хранения. В случае, когда соблюсти правила хранения не представляется возможным, то в обязательно порядке следует перед использованием прокалить электроды в течении часа. Когда электроды крошатся, то они стали непригодными для использования.

Электроды уони 13 55, сварочные электроды эсаб уони 13 55, цены

620017, г. Екатеринбург.
ул. Фронтовых бригад 15, офис 209
тел: 8 (343) 213-33-73
        8 (908) 63-62-184
e-mail: [email protected]

ГОСТ

Э50А

AWS

E7015

ISO

E514B20

DIN

E5140B10

EN

E380B22h20

Сварочные электроды УОНИ-13/55 -2
Сварочные электроды УОНИ-13/55 -2,5
Сварочные электроды УОНИ-13/55 -3
Сварочные электроды УОНИ-13/55 -4
Сварочные электроды УОНИ-13/55 -5

Основное назначение сварочных электродов УОНИ 13/55

Марка сварочные электроды УОНИ 13/55 предназначена для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости.

Допускается сварка электродами УОНИ 13/55 во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности. По заключению независимых экспертов электроды УОНИ 13/55 самые высококачественные из всех отечественных и зарубежных производителей сварочных электродов.

Характеристика электродов УОНИ 13/55

Покрытие марки сварочных электродов УОНИ 13/55 – основное.

Коэффициент наплавки УОНИ 13/55  – 9,5 г/А·ч.

Производительность наплавки электродов (для диаметра 4,0 мм) – 1,4 кг/ч.

Расход электродов УОНИ 13/55  на 1 кг наплавленного металла – 1,7 кг.

Типичные механические свойства металла шва сварочных электродов УОНИ 13/55 .

Временное сопротивление электродов sв, МПа

Предел текучести УОНИ 13/55 sт, МПа

Относительное удлинение электродов d5, %

Ударная вязкость УОНИ 13/55  aн, Дж/см2

540

410

29

260

Типичный химический состав наплавленного металла марки сварочных электродов УОНИ13/55, %

C

Mn

Si

S

P

0,09

0,83

0,42

0,022

0,024

Геометрические размеры и сила тока при сварке сварочных электродов УОНИ 13/55.

Диаметр сварочных электродов, мм

Длина, мм УОНИ 13/55

Ток,  АУОНИ 13/55

Среднее количество

электродов в 1 кг, шт.

2,0

300

40 – 90

98

2,5

350

50 – 100

55

3,0

350

60 – 130

40

4,0

450

100 – 180

15

5,0

450

140 – 210

11

Особые свойства электродов сварочных- УОНИ 13/55 производства СпецЭлектрод.

Самая высококачественная марка электродов УОНИ-13/55 из всех российских производителей. Электроды обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода. Отлично зарекомендовали себя при сварки в условиях Арктики сварочные электроды

УОНИ 13/55.

Технологические особенности сварки электродами

УОНИ 13/55

Сварку электродов производят только на короткой длине дуги по очищенным кромкам.

Прокалка УОНИ 13/55 перед сваркой: 250-300°С; 1 ч.

Условное обозначение сварочных электродов УОНИ 13/55

Э50АУОНИ-13/55ÆУД

ГОСТ 946675, ГОСТ 946775 или ОСТ 5.9224-75

Е 51 4Б20

Родственные марки с основным покрытием ОК 48. 00, ЛБ-52У, УОНИ-13/45, УОНИИ-13/55.

Другие марки электродов

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей


Электроды УОНИ-13/55 (2.5 мм; 5 кг) СпецЭлектрод — цена, отзывы, характеристики, фото

Электроды СпецЭлектрод УОНИ-13/55 диаметром 2.5 мм предназначены для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Сварка проводится во всех пространственных положениях постоянным током обратной полярности. Электроды имеют основновое покрытие. Сварка проводится только на короткой длине дуги по очищенным кромкам. Перед сваркой электроды необходимо прокалить при температуре 250 – 300°С, 1 час. Вес упаковки — 5 кг.

Параметры:

  • Коэффициент наплавки — 9.5 г/А*ч;
  • Временное сопротивление — 540 МПа;
  • Предел текучести — 410 МПа;
  • Относительное удлинение — 29%;
  • Ударная вязкость — 260 Дж/см2;
  • Ток — 50-100 А;
  • Расход электродов на 1 кг наплавленного металла — 1. 7 кг;
  • Среднее количество электродов в 1 кг — 55 шт.

Химический состав наплавленного металла:

  • С — 0.09%;
  • Mn — 0.83%;
  • Si — 0.42%;
  • S — 0.022%;
  • P — 0.024%.
  • Тип Э50А
  • Диаметр, мм 4.0
  • Марка электрода УОНИ-13/55
  • Свариваемый материал углеродистые стали
  • Покрытие основное
  • Длина, мм 350
  • Вес, кг 5

Этот товар из подборок

Произведено

  • Россия — родина бренда
  • Россия — страна производства*
  • Информация о производителе
* Производитель оставляет за собой право без уведомления дилера менять характеристики, внешний вид, комплектацию товара и место его производства.

Указанная информация не является публичной офертой

На данный момент для этого товара нет расходных материалов

Электрод сварочный УОНИ 13/45 | Электрод Бор

Электроды УОНИ 13/45

ГОСТ 9466-75 ГОСТ 9467-75

ТУ 28.73-005-58965179

Э 42А-УОНИ 13/45- Æ -УД              Е 412(4)–Б20

 

          Предназначение:

         Для сварки углеродистых и низколегированных сталей на постоянном токе обратной полярности с временным сопротивлением до 50 кгс/мм2 во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз

         Тип покрытия: основной.

         Допустимое содержание влаги в покрытии –0,3%

        Коэффициент наплавки 7,5-9,5 г/Ач

Характеристики расплавления

 

              Режим сварки                                 Расход электродов на 1 кг

      Диаметр, мм       Ток, А                           наплавленного металла, кг

             3                     90- 130                                  

             4                   130- 210                                        1,6           

             5                   160 -280                                

             6                   260- 320

Химический состав наплавленного металла, %

С                    Мn                   Si                     S                       P

                                                                   не более          не более

0,12           0,35-0,75      0,18-0,35             0,03                 0,03

 

Механические свойства металла шва

                     sв                     sт                     d %                   Ан Дж/см2  при  0С

                    МПа                 МПа                                                                +20           

                    420                   375                   22                                          150           

 

 

          Преимущества в сравнении с электродами аналогичного назначения:

обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода.

Напряжение ХХ ≥ 65 В.

Перед употреблением прокалить 300-350  0С, 60 минут

         Применяются:

Для сварки особо ответственных металлоконструкций, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, особенно при работе в условиях пониженных температур.

Электроды имеют допуск Российского Морского Регистра Судоходства,

Электроды сварочные УОНИ-13/85

Темы: Электроды сварочные, Ручная дуговая сварка, Сварка стали.

Электроды УОНИ-13/85 предназначены для сварки особо ответственных конструкций из легированных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением до 830 МПа.

Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности.

Характеристика электродов
Покрытие — основное.
Коэффициент наплавки — 10,0 г/А• ч.
Производительность наплавки (для диаметра 4,0 мм) — 1,6 кг/ч.
Расход электродов на 1 кг наплавленного металла — 1,6 кг.

Типичные механические свойства металла шва после термообработки

Временное сопротивление sв, МПа

Предел текучести sт, МПа

Относительное удлинение d5, %

Ударная вязкость aн, Дж/см2

940

780

15

110

Типичный химический состав наплавленного металла, %

C

Mn

Si

Mo

S

P

0,12

1,9

0,75

0,65

0,017

0,027

Сварка в различных положениях и сила тока, А

Диаметр, мм

нижнее

потолочное

вертикальное

3,0

90-120

80-100

80-100

4,0

80-100

130-150

130-150

5,0

180-220

 

150-180

Особые свойства
Электроды УОНИ-13/85 обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к кристаллизационным трещинам и низким содержанием водорода.

Технологические особенности сварки
Сварка производится только на короткой и предельно короткой длине дуги по очищенным кромкам.
Сварка после обязательной прокалки: 250-300°С; 1 ч.

Соответствие стандартам:

Условное обозначение

Э85- УОНИ-13/85 -Ø-ЛД

ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75 или ОСТ 3-3080-93

Е-12Г2СМ-0-Б20

Другие материалы относящиеся к теме «

Электроды УОНИ-13/85

сварочные»

Сравните УОНИ-13/85 с другими марками Группы » Электроды для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности»
Смотрите Раздел Сварка углеродистых сталей
Раздел Ручная дуговая сварка
Раздел Сварочные аппараты для ручной дуговой сварки

  • < Электроды ОЗШ-1
  • Электроды сварочные ЭА-112/15 >

Электроды УОНИ-13/85 ф 5мм (СПЕЦЭЛЕКТРОД) уп.

5кг

Основное назначение сварочных электродов УОНИ 13/85

Сварочные электроды предназначены для сварки особо ответственных конструкций из легированных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением до 830 МПа во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности. УОНИ-13/85 разработаны в НИИ-13.

Характеристика сварочных электродов УОНИ 13/85 СпецЭлектрод

Покрытие электродов – основное.
Коэффициент наплавки – 10,0 г/А·ч.
Производительность наплавки (для диаметра 4,0 мм) – 1,6 кг/ч.
Расход электродов УОНИ-13/85 на 1 кг наплавленного металла – 1,6 кг.

Типичные механические свойства металла шва электродов после термообработки УОНИ-13/85 

Временное сопротивление электродов , МПа Предел текучести УОНИ-13/85 , МПа Относительное
удлинение , %
Ударная вязкость электродов , Дж/см2
940 780 15 110


Типичный химический состав наплавленного металла, % сварочными электродами УОНИ-13/85

C

Mn

Si

Mo

S

P

0,12

1,9

0,75

0,65

0,017

0,027


Геометрические размеры и сила тока при сварке сварочных электродов УОНИ-13/85

Диаметр, 

мм

Длина, 

мм

Ток, 

А

Среднее количество

электродов в 1 кг, шт.

2,0

300

40 – 90

98

2,5

350

50 – 110

54

3,0

350

70 – 130

40

4,0

450

110 – 180

16

5,0

450

150 – 230

11


Особые свойства электродов сварочных УОНИ 13/85

Сварочный электрод УОНИ-13/85 обеспечивает получение металла шва с высокой стойкостью к кристаллизационным трещинам и низким содержанием водорода.

Технологические особенности сварки электродами УОНИ 13/85

Сварку УОНИ-13/85 производят только на короткой и предельно короткой длине дуги по очищенным кромкам.
Перед применением, прокалить электроды при температуре  250-300°С; 1-2 ч. обязательно.

Условное обозначение сварочных электродов УОНИ 13/85

Э85-УОНИ-13/85-⌀ЛД

ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75
ТУ 1272-003-48804191-2010

Е-12Г2СМ-0-Б20

Электроды УОНИ 13 45 3 мм Спецэлектрод — цена, описание и характеристики

Описание УОНИ 13 45 3 мм

Предназначены для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности.

 

Технологические особенности сварки

Сварку производят только на короткой длине дуги по очищенным кромкам.
Перед применением, прокалить электроды при температуре 350-380°С; 1-2 ч.

 

Характеристика Покрытие электродов – основное. Коэффициент наплавки – 9,5 г/А·ч. Производительность наплавки (для диаметра 3,0 мм) – 1,3 кг/ч. Расход электродов на 1 кг наплавленного металла – 1,6 кг.   Типичные механические свойства металла шва

Временное сопротивление sв, МПа

Предел текучести sт, МПа

Относительное удлинение d5, %

Ударная вязкость aн, Дж/см2

460

350

26

200

  Типичный химический состав наплавленного металла, %

C

Mn

Si

S

P

0,09

0,57

0,23

0,025

0,027

  Геометрические размеры и сила тока при сварке   

Диаметр, мм Электроды УОНИ 13/45

Длина, мм Электроды

Ток, А УОНИ 13/45

Среднее количество УОНИ 13/45 электродов в 1 кг, шт.

2,0

300

40 – 80

98

2,5

350

50 – 100

55

3,0

350

60 – 130

40

4,0

450

110 – 180

16

5,0

450

130 – 220

11

  Особые свойства  Обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода.

Отдельно стоящий электрод V2O5 рациональной конструкции для высоковольтных неводных твердотельных симметричных (2,0 В) и асимметричных (2,8 В) суперконденсаторов

Максимальное окно емкостного потенциала некоторых псевдоемкостных материалов недоступно в водных электролитах из-за низкого потенциала диссоциации 1,2 В, которым обладают молекулы воды. Однако низкая псевдоемкость, которую демонстрируют обычно используемые электродные материалы при интеграции с неводными электролитами, по-прежнему остается проблемой при разработке суперконденсаторов (SC).Правильный выбор материалов для электрода и рациональный процесс проектирования действительно важны для преодоления этих практических сложностей, чтобы такие системы могли хорошо работать с неводными электролитами. Мы решаем эту проблему путем изготовления прототипа полностью твердотельного устройства, в котором в качестве электродного материала используется высокоемкостный V 2 O 5 вместе с литий-ионным проводящим органическим электролитом. V 2 O 5 синтезируется на предварительно обработанной бумаге из углеродного волокна с использованием метода электрохимического осаждения, который обеспечивает улучшенное контактное сопротивление.Разумная стратегия подготовки электродов позволяет преодолеть ограничения низкой ионной и электрической проводимости, налагаемые соответственно электролитом и электродным материалом. Устройство, собранное симметрично, обеспечивает высокую удельную емкость 406 Ф · г -1 (при 1 А · г -1 ). Выгодный аспект использования органического электролита также демонстрируется асимметричной конфигурацией с использованием активированного угля в качестве материала положительного электрода и материала отрицательного электрода V 2 O 5 соответственно.Асимметричное устройство имеет широкий диапазон рабочего напряжения 2,8 В и обеспечивает высокую плотность энергии 102,68 Вт · ч кг −1 при плотности мощности 1,49 кВт · кг −1 . Более того, в спектрах импеданса наблюдаются низкое эквивалентное последовательное сопротивление, равное 9,9 Ом, и незначительное сопротивление переносу заряда, что является ключевым фактором, определяющим такие образцовые характеристики.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Ароматические пористо-сотовые электроды для натриево-органического накопителя энергии

  • 1

    Tarascon, J.-M. . Ключевые задачи будущих исследований литий-аккумуляторных батарей. Phil. Пер. R. Soc. А 368 , 3227–3341 (2010).

    ADS Статья Google Scholar

  • 2

    Тараскон, Ж.-М. . Литий — новое золото? Nat. Chem. 2 , 510 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 3

    Ким, С. В., Со, Д. Х., Ма, Х., Седер, Г. и Канг, К.. Электродные материалы для аккумуляторных натриево-ионных батарей: потенциальные альтернативы нынешним литий-ионным батареям. Adv. Энергия. Матер. 2 , 710–721 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 4

    Эллис, Б. Л. и Назар, Л. Ф. Натриевые и натриево-ионные аккумуляторные батареи. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 16 , 168–177 (2012).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 5

    Слейтер, М.Д., Ким, Д., Ли, Э. и Джонсон, К. С. Натрий-ионные аккумуляторы. Adv. Funct. Матер. doi: 10.1002 / adfm.201200691 (в печати).

  • 6

    Yabuuchi, N. et al. P2-тип Nax [Fe1 / 2Mn1 / 2] O2, изготовленный из землистых элементов, для аккумуляторных батарей Na. Nat. Матер. 11 , 512–517 (2012).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 7

    Whittingham, M.S. Химия интеркаляции соединений-гостей металлов в халькогенидных хозяевах. Прог. Solid State Chem. 12 , 41–99 (1978).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8

    Осима Т., Кадзита М. и Окуно А. Разработка натриево-серных аккумуляторов. Внутр. J. Appl. Ceram. Technol. 1 , 269–276 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  • 9

    Ньюман, Г. Х. и Клеманн, Л. П..Чередование температуры окружающей среды ячейки Na-TiS2. J. Electrochem. Soc. 127 , 2097–2099 (1980).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 10

    Дельмас, К., Браконье, Ж.-Ж., Фуассье, К. и Хагенмюллер, П. Электрохимическое внедрение натрия в бронзы NaxCoO2. Твердотельный ион. 3–4 , 165–169 (1981).

    Артикул Google Scholar

  • 11

    Лу, З.И Дан, Дж. Р. In-situ Рентгеноструктурное исследование P2-Na2 / 3 [Ni1 / 3Mn2 / 3] O2. J. Electrochem. Soc. 148 , A1225 – A1229 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 12

    Эллис, Б. Л., Макахнук, В. Р. М., Макимура, Ю., Тогхилл, К. и Назар, Л. Ф. Многофункциональный фосфатный катод на железной основе 3,5 В для аккумуляторных батарей. Nat. Матер. 6 , 749–753 (2007).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 13

    Recham, N. et al. Ионотермический синтез катодных фторфосфатных материалов на основе натрия. J. Electrochem. Soc. 156 , A993 – A999 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 14

    Плашниста, Л.С., Кобаяси, Э., Ногучи, Ю., Окада, С., Ямаки, Дж. Характеристики симметричной ячейки NASICON с ионно-жидким электролитом. J. Electrochem. Soc. 157 , A536 – A534 (2010).

    Артикул Google Scholar

  • 15

    Ли, К. Т., Рамеш, Т. Н., Нан, Ф., Боттон, Г. и Назар, Л. Ф. Топохимический синтез натрий-металл-фосфатных оливинов для натрий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 23 , 3593 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16

    Комаба, С.и другие. Электрохимическое введение Na и переход между фазами твердого электролита для твердоуглеродных электродов и применение в Na-ионных батареях. Adv. Funct. Матер. 21 , 3859–3867 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 17

    Chen, Z. et al. Высокопроизводительные натриево-ионные псевдоконденсаторы на основе композитов с иерархически пористыми нанопроволочками. САУ Нано. 6 , 4319–4327 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 18

    Хосоно, Э.и другие. Мощный ионно-Na-ионный аккумулятор с монокристаллическим электродом из нанопроволоки Na0,44MnO2. J. Источники энергии 217 , 43–46 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 19

    Новак П., Мюллер К., Сантханам С. В. и Хасс О. Электрохимически активные полимеры для аккумуляторных батарей. Chem. Rev. 97 , 207–281 (1997).

    Артикул Google Scholar

  • 20

    Лян, Ю., Тао, З., Чен, Дж. Органические электродные материалы для литиевых аккумуляторных батарей. Adv. Energy Mater. 2 , 742–769 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 21

    Nishide, H. & Oyaizu, K.. К гибким батареям. Наука 319 , 737–738 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 22

    Макиннес, Д., Druy, M.A., Nigery, P.J., Nairns, D.P., MacDiramid, A.G., Heeger, A.J. Органические батареи: обратимые n — и p -типа электрохимического легирования полиацетилена, (CH) x. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 7 , 317–319 (1981).

    Артикул Google Scholar

  • 23

    Schacklette, L. W., Toth, J. E., Murthy, N. S. & Baugham, R.H. Полиацетилен и полифенилен в качестве анодных материалов для неводных вторичных батарей. J. Electrochem. Soc. 132 , 1529–1535 (1985).

    Артикул Google Scholar

  • 24

    Hérold, C., Billaud, D. & Yazami, R. Электрохимическое легирование полипарафенилена щелочными металлами в твердотельных ячейках. Твердотельный ион. 40–41 , 985–987 (1990).

    Артикул Google Scholar

  • 25

    Chen, H. et al.От биомассы до возобновляемого органического электрода LixC6O6 для устойчивых литий-ионных аккумуляторов. ChemSusChem. 1 , 348–355 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26

    Шуга, Т. , Сугита, С., Охширо, Х., Ояйдзу, К., Нишиде, Х. p — и n -тип биполярный окислительно-восстановительно-активный радикальный полимер: к перезаряжаемым устройствам на основе полностью органических полимеров с переменной конфигурацией Adv.Матер. 23 , 751–754 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 27

    Zhao, L. et al. Динатрия терефталат (Na2C8h5O4) в качестве высокоэффективного анодного материала для недорогих натриево-ионных аккумуляторов, работающих при комнатной температуре. Adv. Energy Mater. 2 , 962–965 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 28

    Ширакава, Х., Луис, Э. Дж., Мак-Диармид, А. Г., Чанг, К. К. и Хигер, А. Дж. Синтез электропроводящих органических полимеров: галогенпроизводные полиацетилена, (CH) x . J. Chem. Soc., Chem. Commun. 16 , 578–580 (1977).

    Артикул Google Scholar

  • 29

    Sakaushi, K. et al. Принцип накопления энергии с использованием биполярных пористых полимерных каркасов. Angew. Chem. Int. Эд. 51 , 7850–7854 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 30

    Кун, П., Антониетти, М. и Томас, А.. Пористые ковалентные каркасы на основе триазина, полученные ионотермическим синтезом. Angew. Chem. Int. Эд. 47 , 3450–3453 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 31

    Кун П., Антониетти М. и Томас А. На пути к адаптируемым сеткам пористого органического полимера: схема высокотемпературной динамической полимеризации на основе ароматических нитрилов. Макромолекулы 42 , 319–326 (2009).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 32

    Туинстра, Ф. и Кениг, Дж. Л.. Рамановский спектр графита. J. Chem. Phys. 53 , 1126–1130 (1970).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 33

    Леспад, П., Аль-Джиши, Р. и Дрессельхаус, М.С. Модель комбинационного рассеяния света на не полностью графитизированных углях. Углерод 20 , 427–431 (1982).

    CAS Статья Google Scholar

  • 34

    Ferrari, A.C. et al. Рамановский спектр графеновых и графеновых слоев. Phys. Rev. Lett. 97 , 187401 (2006).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 35

    Hellgren, N., Johansson, M. P., Broitman, E., Hultman, L. & Sundgren, J.-Е. . Роль азота в формировании твердых и эластичных тонких пленок CN x путем реактивного магнетронного распыления. Phys. Ред. B 59 , 5162–5169 (1999).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 36

    Ferrari, A.C. & Robertson, J. Рамановская спектроскопия аморфного, наноструктурированного, алмазоподобного углерода и наноалмаза. Phil. Пер. R. Soc. Лондон. А 362 , 2477–2512 (2004).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 37

    Zheng, T., Xing, W. & Dahn, J.R. Угольки из углей для анода литий-ионных аккумуляторов. Углерод 34 , 1501–1507 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 38

    Thomas, A. et al. Графитовые материалы из нитрида углерода: изменение структуры и морфологии и их использование в качестве безметалловых катализаторов. J. Mater. Chem. 18 , 4893–4908 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 39

    Новоселов К.С. и др. Двумерные атомные кристаллы. Proc. Natl Acad. Sci. США 102 , 10451–10453 (2005).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 40

    Гейм А. К., Новоселов К.С. Возникновение графена. Nat. Матер. 6 , 183–191 (2007).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 41

    Goettmann, F., Fischer, A., Antonietti, M. & Thomas, A.. Химический синтез мезопористых нитридов углерода с использованием твердых темплатов и их использование в качестве безметалловых катализаторов реакции Фриделя – Крафтса с бензолом. Angew. Chem. Int. Ed 45 , 4467–4471 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 42

    Купер, А.I. Конъюгированные микропористые полимеры. Adv. Матер. 21 , 1291–1295 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 43

    Bieri, M. et al. Пористые графены: двумерный синтез полимеров с атомной точностью. Chem. Commun. 45 , 6919–6921 (2009).

    Артикул Google Scholar

  • 44

    Вебер, Дж. , Бойдис, М.Дж. И Томас, А. Полимерные каркасы: к пористым полупроводникам. в Supramolecular Soft Matter: Applications in Materials and Organic Electronics (ed. Nakanishi T. John Wiley & Sons, Inc. (2011).

  • 45

    Wang, Y., Wang, XC & Antonietti, M. Polymeric графитовый нитрид углерода как гетерогенный органокатализатор: от фотохимии до многоцелевого катализа и устойчивой химии Angew. Chem. Int. Ed., 51 , 68–89 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 46

    Okubo, M. et al. Быстрое внедрение Li-Ion в наноразмерный LiMn2O4 без доменных границ. САУ Нано. 4 , 741–752 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 47

    Хо, К., Рейстрик, И. Д. и Хаггинс, Р. А.. Применение методов A – C к исследованию диффузии лития в тонких пленках триоксида вольфрама. J. Electrochem. Soc. 127 , 343–350 (1980).

    CAS Статья Google Scholar

  • 48

    Миллер А. Г. и Маклин Дж. У. Колебательно-спектральные исследования образования контактных ионных пар перхлората натрия в водном растворе. J. Phys. Chem. 89 , 1193–1201 (1985).

    CAS Статья Google Scholar

  • 49

    Шанц, С., Торелл, Л. М. и Стивенс, Дж. Р. Рамановское и Бриллюэновское рассеяние комплекса LiClO4 в полипропиленгликоле. J. Appl. Phys. 64 , 2038–2043 (1988).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 50

    Nunes, S.C. et al. Спектроскопические и структурные исследования диуреазилов, допированных перхлоратом лития. Электрохим. Acta. 53 , 1466–1475 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 51

    Sinha, R.К., Николь, Э., Стейнмец, В. и Мэтр, П. Газофазная структура микрогидратированных ионов [Mn (ClO4)] + и [Mn2 (ClO4) 3] + , исследованная методом инфракрасной спектроскопии. J. Am. Soc. Масс-спектр 21 , 758–772 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 52

    Кудо Т. и Хибино М. Рассмотрение взаимосвязей потенциал-состав, наблюдаемых с аморфными интеркаляционными системами, такими как LixWO3. Ион твердого тела 84 , 65–72 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 53

    Okubo, M. et al. Наноразмерный эффект на высокоскоростную интеркаляцию ионов лития в электроде LiCoO2. J. Am. Chem. Soc. 129 , 7444–7452 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 54

    Окубо, М., Ким, Дж., Кудо, Т., Чжоу, Х. С. и Хонма, Х.. Влияние анизотропной поверхности на электронные структуры и электрохимические свойства LiCoO2. J. Phys. Chem. С 113 , 15337–15342 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 55

    Понсе де Леон, К. , Фриас-Феррер, А., Гонсалес-Гарсия, Дж., Санто, Д. А. и Уолш, Ф. К.. Проточные ячейки окислительно-восстановительного потенциала для преобразования энергии. J. Источники энергии 116 , 716–732 (2006).

    Артикул Google Scholar

  • 56

    Шеврие, В.Л. и Седер, Г. Проблемы с отрицательными электродами с ионами натрия. J. Electrochem. Soc. 158 , A1011 – A1014 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 57

    Senguttuvan, P., Rousse, G., Seznec, V., Tarascon, J.-M. И Паласин, М. Na2Ti3O7: самое низкое напряжение, о котором когда-либо сообщалось, для вставки оксидного электрода для ионно-натриевых батарей. Chem. Матер. 23 , 4109–4111 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 58

    Фукунага, А.и другие. Среднетемпературная ионная жидкость NaFSA-KFSA и ее применение в натриевых аккумуляторных батареях. J. Источники энергии 203 , 52–56 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 59

    Ponrounch, A., Marchante, E., Coutry, M., Tarascon, J.-M. И Паласин, М. В поисках оптимального электролита для Na-ионных аккумуляторов. Energy Env. Sci. 5 , 8572–8583 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 60

    МакДиармид, А.ГРАММ. . «Синтетические металлы»: новая роль органических полимеров (новая лекция). Angew. Chem. Int. Эд. 40 , 2581–2590 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • Механическая надежность материалов электродов на основе сплавов для перезаряжаемых литий-ионных батарей

  • [1]

    Л. Я. Болье, Т. Д. Хатчард, А. Бонакдарпур, М. Д. Флейшауэр и Дж. Р. Дан, Реакция Li с тонкими пленками сплава, изученная in situ AFM, Журнал электрохимического общества , 150 (2003) A1457 – A1464.

    Артикул Google Scholar

  • [2]

    Y. Qi, H. B. Guo, L.G. Гектор и А. Тиммонс, Трехкратное увеличение модуля Юнга графитового отрицательного электрода во время интеркаляции лития, Journal of the Electrochemical Society , 157 (2010) A558 – A566.

    Артикул Google Scholar

  • [3]

    Д. Ларчер, С. Битти, М. Моркретт, К. Эдстрем, Дж. К.Джумас и Дж. М. Тараскон, Недавние открытия и перспективы в области чистых металлов в качестве отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов, Journal of Materials Chemistry , 17 (2007) 3759–3772.

    Артикул Google Scholar

  • [4]

    Х. Ву, Г. Чжэн, Н. Лю, Т. Дж. Карни, Ю. Ян и Ю. Цуй, Разработка пустого пространства между наночастицами Si для анодов литий-ионных батарей, Nano Lett , 12 (2012) 904–909.

    Артикул Google Scholar

  • [5]

    H. Ву, Г. Чан, Дж. В. Чой, И. Рю, Ю. Яо, М. Т. Макдауэлл, С. В. Ли, А. Джексон, Ю. Ян, Л. Б. Ху и Ю. Цуй, Стабильное циклирование анодов батарей с двойными стенками из кремниевых нанотрубок через твердые -электролитный межфазный контроль, Nature Nanotechnology , 7 (2012) 309–314.

    Google Scholar

  • [6]

    Яо Яо, М.Т. Макдауэлл, И. Рю, Х. Ву, Н. Лю, Л. Ху, У. Д. Никс и Ю. Куи, Взаимосвязанные кремниевые полые наносферы для анодов литий-ионных батарей с длинным циклом жизнь, Nano Lett , 11 (2011) 2949–2954.

    Артикул Google Scholar

  • [7]

    LB Hu, H. Wu, YF Gao, AY Cao, HB Li, J. McDough, X. Xie, M. Zhou и Y. Cui, Коаксиальная губка из кремний-углеродных нанотрубок в качестве литий-ионных анодов. с высокой пропускной способностью, Advanced Energy Materials , 1 (2011) 523–527.

    Артикул Google Scholar

  • [8]

    К. К. Чан, Х. Пэн, Г. Лю, К. Макилурат, X. Ф. Чжан, Р.A. Huggins и Y. Cui, Высокоэффективные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок, Nat Nanotechnol , 3 (2008) 31–35.

    Артикул Google Scholar

  • [9]

    LF Cui, R. Ruffo, CK Chan, HL Peng и Y. Cui, Кристаллически-аморфные кремниевые нанопровода ядро-оболочка для электродов большой емкости и сильноточных батарей, Nano Letters , 9 (2009) 491–495.

    Артикул Google Scholar

  • [10]

    Т.Сонг, Дж. Ся, Дж. Х. Ли, Д. Х. Ли, М. С. Квон, Дж. М. Чой, Дж. Ву, С. К. Ду, Х. Чанг, В. И. Пак, Д. С. Занг, Х. Ким, Ю. Хуанг, К. К. Хван, Дж. А. Роджерс и Ю. Пайк, Массивы герметичных кремниевых нанотрубок в качестве анодов для литий-ионных батарей, Nano Lett , 10 (2010) 1710–1716.

    Артикул Google Scholar

  • [11]

    А. Магасински, П. Диксон, Б. Герцберг, А. Квит, Дж. Айала и Г. Юшин, Высокоэффективные литий-ионные аноды с использованием иерархического восходящего подхода, Nature Materials Т. 9 (2010) 353–358.

    Артикул Google Scholar

  • [12]

    Л. Й. Болье, К. В. Эберман, Р. Л. Тернер, Л. Дж. Краузе и Дж. Р. Дан, Колоссальные обратимые изменения объема в литиевых сплавах, Electrochemical and Solid State Letters , 4 (2001) A137 – A140.

    Артикул Google Scholar

  • [13]

    Дж. В. Чой, Дж. Макдонау, С. Чон, Дж. С. Ю, К. К. Чан и Ю. Цуй, Пошаговая эволюция нанопор в одномерных наноструктурах, Nano Letters , 10 (2010) 1409–1413.

    Артикул Google Scholar

  • [14]

    В.А. Сетураман, М.Дж. Чон, М. Шимшак, В. Сринивасан и П.Р. Гудуру, Измерения на месте эволюции напряжений в тонких пленках кремния во время электрохимического литирования и делитирования, Journal of Power Sources , 195 (2010 ) 5062–5066.

    Артикул Google Scholar

  • [15]

    А. Ф. Бауэр, П. Р. Гудуру и В.А. Сетураман, Модель конечной деформации напряжения, диффузии, пластического течения и электрохимических реакций в литий-ионной полуячейке, Journal of the Mechanics and Physics of Solids , 59 (2011) 804–828.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [16]

    К. Дж. Чжао, М. Фарр, Дж. Дж. Влассак и З. Г. Суо, Разрушение электродов в литий-ионных батареях, вызванное быстрой зарядкой, Journal of Applied Physics , 108 (2010) 073517.

    Артикул Google Scholar

  • [17]

    Ю. Ф. Гао, М. Чо и М. Чжоу, Релаксация напряжений посредством взаимной диффузии в электродах из аморфного литиевого сплава, Журнал механики и физики твердого тела , 61 (2013) 579–596.

    MATH Статья Google Scholar

  • [18]

    Х. Хафтбарадаран, Х. Дж. Гао и У. А. Кертин, Неустойчивость блокировки поверхности для атомной интеркаляции в твердый электрод, Applied Physics Letters , 96 (2010).

  • [19]

    Ю. Т. Ченг и М. В. Вербрюгге, Влияние механики поверхности на напряжения, вызванные диффузией в сферических наночастицах, Journal of Applied Physics , 104 (2008).

  • [20]

    Л. Ананд, Теория типа Кана-Хиллиарда для диффузии частиц в сочетании с большими упруго-пластическими деформациями, Журнал механики и физики твердого тела , 60 (2012) 1983–2002.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [21]

    I.Рю, Дж. В. Чой, Ю. Цуй и В. Д. Никс, Разрушение анодов батарей с нанопроволокой из кремния в зависимости от размера, журнал Journal of the Mechanics and Physics of Solids , 59 (2011) 1717–1730.

    Артикул Google Scholar

  • [22]

    С. Хуанг и Т. Чжу, Атомистические механизмы внедрения лития в аморфный кремний, Journal of Power Sources , 196 (2011) 3664–3668.

    Артикул Google Scholar

  • [23]

    В.Шеврие, Дж. Цванцигер и Дж. Дан, Изучение первых принципов кристаллических фаз Li-Si: перенос заряда, электронная структура и колебания решетки, журнал Journal of Alloys and Compounds , 496 (2010) 25–36.

    Артикул Google Scholar

  • [24]

    В. Л. Шеврие и Дж. Р. Дан, Модель первых принципов литирования аморфного кремния, Журнал Электрохимического общества , 156 (2009) A454 – A458.

    Артикул Google Scholar

  • [25]

    Дж.Кристенсен и Дж. Ньюман, Создание напряжений и разрушение в материалах с литиевыми вставками, Journal of Solid State Electrochemistry , 10 (2006) 293–319.

    Артикул Google Scholar

  • [26]

    П. Лимтонгкул, Ю. И. Джанг, Н. Дж. Дадни и Ю. М. Чианг, Электрохимическая твердотельная аморфизация в литий-кремниевых сплавах и ее значение для хранения лития, Acta Materialia , 51 (2003) 1103–1113.

    Артикул Google Scholar

  • [27]

    П.Лимтонгкул, Ю. И. Чанг, Н. Дж. Дадни и Ю. М. Чианг, Электрохимическая твердотельная аморфизация в литий-металлических анодах, журнал Journal of Power Sources , 119 (2003) 604–609.

    Артикул Google Scholar

  • [28]

    М. Фарр, К. Дж. Чжао, X. В. Ван, З. Г. Суо и Дж. Дж. Влассак, Кинетика начального литирования кристаллических кремниевых электродов литий-ионных аккумуляторов, Nano Letters , 12 (2012) 5039–5047.

    Артикул Google Scholar

  • [29]

    XH Liu, L. Zhong, S. Huang, S.X Mao, T. Zhu и JY Huang, Разрушение наночастиц кремния в зависимости от размера во время литирования, Acs Nano , 6 (2012) 1522–1531 .

    Артикул Google Scholar

  • [30]

    Х. Лю, Х. Чжэн, Л. Чжун, С. Хуанг, К. Карки, Л. К. Чжан, Ю. Лю, А. Кусима, В. Т. Лян, Дж. У.Wang, JH Cho, E. Epstein, SA Dayeh, ST Picraux, T. Zhu, J. Li, JP Sullivan, J. Cumings, C. Wang, SX Mao, ZZ Ye, S. Zhang и JY Huang, Anisotropic Набухание и разрушение кремниевых нанопроволок во время литирования, Nano Lett , 11 (2011) 3312–3318.

    Артикул Google Scholar

  • [31]

    X. Лю и Дж. Й. Хуанг, Электрохимия анодных материалов в литий-ионных батареях методом ПЭМ на месте, Energy & Environmental Science , 4 (2011) 3844–3860.

    Артикул Google Scholar

  • [32]

    XH Лю, JW Wang, S. Huang, FF Fan, X. Huang, Y. Liu, S. Krylyuk, J. Yoo, SA Dayeh, AV Davydov, SX Mao, ST Picraux, SL Zhang , Дж. Ли, Т. Чжу и Дж. Я. Хуанг, Построение изображений электрохимического литирования в кремнии в атомном масштабе на месте, Nature Nanotechnology , 7 (2012) 749–756.

    Артикул Google Scholar

  • [33]

    S.W. Lee, M. T. McDowell, J. W. Choi и Y. Cui, Аномальные изменения формы кремниевых наностолбиков в результате электрохимического литирования, Nano Lett , 11 (2011) 3034–3039.

    Артикул Google Scholar

  • [34]

    Х. Ян, С. Хуанг, Х. Хуанг, Ф. Фан, У. Т. Лян, Х. Х. Лю, Л. К. Чен, Дж. Я. Хуанг, Дж. Ли, Т. Чжу и С. Л. Чжан, Зависимая от ориентации межфазная подвижность управляет анизотропным набуханием в нанопроволоках литированного кремния, Nano Letters , 12 (2012) 1953–1958.

    Артикул Google Scholar

  • [35]

    X. Лю, Ф. Фан, Х. Ян, С. Л. Чжан, Дж. Я. Хуанг и Т. Чжу, Самоограничивающееся литиирование в кремниевых нанопроводах, (2013) DOI: 10.1021 / nn305282d.

    Google Scholar

  • [36]

    SW Lee, MT McDowell, LA Berla, WD Nix и Y. Cui, Разрушение кристаллических кремниевых наностолбиков при электрохимическом введении лития, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 109 (2012) 4080–4085.

    Google Scholar

  • [37]

    ZW Cui, F. Gao и JM Qu, Химический потенциал конечной деформации, зависящий от напряжения, и его приложения к литий-ионным батареям, Journal of the Mechanics and Physics of Solids , 60 (2012) 1280– 1295.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [38]

    К. Дж. Чжао, М. Фарр, С. К. Цай, Дж. Дж. Влассак и З. Г.Суо, Большая пластическая деформация литий-ионных аккумуляторов большой емкости, вызванная зарядом и разрядом, журнал Американского керамического общества, , 94 (2011) S226 – S235.

    Артикул Google Scholar

  • [39]

    С. Пруссин, Генерация и распределение дислокаций путем диффузии растворенных веществ, Journal of Applied Physics , 32 (1961) 1876.

    Статья Google Scholar

  • [40]

    Дж.К. М. Ли, Физико-химия некоторых микроструктурных явлений, Metallurgical Transactions a-Physical Metallurgy and Materials Science , 9 (1978) 1353–1380.

    Артикул Google Scholar

  • [41]

    С. Б. Ли, В. Л. Ван и Дж. Р. Чен, Напряжения, вызванные диффузией в полом цилиндре: постоянные поверхностные напряжения, Химия и физика материалов , 64 (2000) 123–130.

    Артикул Google Scholar

  • [42]

    Вт.Л. Ван, С. Ли и Дж. Р. Чен, Влияние химического напряжения на диффузию в полом цилиндре, Журнал прикладной физики , 91 (2002) 9584–9590.

    Артикул Google Scholar

  • [43]

    С. К. Ко, С. Ли и Ю. Т. Чоу, Химические напряжения в квадратном многослойном композитном материале, Материаловедение и инженерия a-Структурные свойства материалов, микроструктура и обработка , 409 (2005) 145–152.

    Артикул Google Scholar

  • [44]

    F.Q. Yang, Взаимодействие между диффузией и химическими напряжениями, Материаловедение и инженерия a-Структурные свойства материалов, микроструктура и обработка , 409 (2005) 153–159.

    Артикул Google Scholar

  • [45]

    Ю. Т. Ченг и М. В. Вербрюгге, Эволюция напряжения внутри сферической частицы вставляемого электрода при потенциостатической и гальваностатической работе, Journal of Power Sources , 190 (2009) 453–460.

    Артикул Google Scholar

  • [46]

    Ю. Т. Ченг и М. В. Вербрюгге, Применение модели распространения трещин Хассельмана к вставным электродам, Electrochemical and Solid State Letters , 13 (2010) A128 – A131.

    Артикул Google Scholar

  • [47]

    Р. Дешпанде, Ю. Т. Ченг и М. В. Вербругге, Моделирование напряжения, вызванного диффузией, в структурах электродов с нанопроволокой, Journal of Power Sources , 195 (2010) 5081–5088.

    Артикул Google Scholar

  • [48]

    Ю. Т. Ченг и М. В. Вербрюгге, Напряжение, вызванное диффузией, межфазный перенос заряда и критерии предотвращения образования трещин в частицах электрода, Журнал Электрохимического общества , 157 (2010) A508 – A516.

    Артикул Google Scholar

  • [49]

    Дж. Кристенсен и Дж. Ньюман, Математическая модель образования напряжений и разрушения в оксиде лития-марганца, Журнал Электрохимического общества , 153 (2006) A1019 – A1030.

    Артикул Google Scholar

  • [50]

    X. Zhang, W. Shyy и A. M. Sastry, Численное моделирование индуцированного интеркаляцией напряжения в частицах электрода литий-ионной батареи, Journal of the Electrochemical Society , 154 (2007) A910.

    Артикул Google Scholar

  • [51]

    Н. А. Лю, Л. Б. Ху, М. Т. Макдауэлл, А. Джексон и Ю. Куи, Предварительно литиированные кремниевые нанопроволоки как анод для литий-ионных батарей, Acs Nano , 5 (2011) 6487–6493.

    Артикул Google Scholar

  • [52]

    Л. Й. Болье, С. Д. Битти, Т. Д. Хатчард и Дж. Р. Дан, Электрохимическая реакция лития с оловом, изученная методом АСМ in situ, Журнал Электрохимического общества , 150 (2003) A419 – A424.

    Артикул Google Scholar

  • [53]

    X. Xiao, P. Liu, MW Verbrugge, H. Haftbaradaran и H. Gao, Улучшенная циклическая стабильность кремниевых тонкопленочных электродов за счет формирования рисунка для литиевых батарей с высокой плотностью энергии, Journal of Power Sources , 196 (2011) 1409–1416.

    Артикул Google Scholar

  • [54]

    Дж. К. Ли, А. К. Дозье, Ю. К. Ли, Ф. К. Ян и Ю. Т. Ченг, Образование трещин в электродах тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов, Журнал Электрохимического общества , 158 (2011) A689 – A694.

    Артикул Google Scholar

  • [55]

    Б. Лафорж, Л. Леван-Йодин, Р. Салот и А. Биллард, Исследование германия как электрода в тонкопленочной батарее, Журнал Электрохимического общества , 155 (2008) A181– A188.

    Артикул Google Scholar

  • [56]

    М. Винтер и Дж. О. Безенхард, Электрохимическое литиирование олова и интерметаллидов и композитов на основе олова, Electrochimica Acta , 45 (1999) 31–50.

    Артикул Google Scholar

  • [57]

    К. Леунг и З. Неда, Формирование и выбор структуры при квазистатическом разрушении, Physical Review Letters , 85 (2000) 662–665.

    Артикул Google Scholar

  • [58]

    Д. Гросс, Т. Силиг и SpringerLink (онлайн-сервис), в: Серия «Машиностроение», Springer, Берлин; Нью-Йорк (2006) xii, 319.

    Google Scholar

  • [59]

    С. К. Сони, Б. У. Шелдон, XC Сяо, М. В. Вербрюгге, Д. Ан, Х. Хафтбарадаран и Х. Дж. Гао, Снижение напряжений во время литирования узорчатых островков аморфного кремния, Журнал Электрохимического общества , 159 (2012) A38 – A43.

    Артикул Google Scholar

  • [60]

    Х. Хафтбарадаран, С. К. Сони, Б. У. Шелдон, XC Сяо и Х. Дж. Гао, Модифицированное уравнение Стоуни для узорчатых тонкопленочных электродов на подложках в присутствии межфазного скольжения, Журнал прикладной механики — Транзакции АСМ , 79 (2012).

  • [61]

    Х. Хафтбарадаран, XC Xiao, MW Verbrugge и HJ Gao, Метод определения критического размера межфазного расслоения узорчатых электродных структур и применение для литирования тонкопленочных островков кремния, Journal of Power Sources Т. 206 (2012) 357–366.

    Артикул Google Scholar

  • [62]

    Р. Ф. Кук, Прочность и резкое контактное разрушение кремния, Журнал материаловедения , 41 (2006) 841–872.

    Артикул Google Scholar

  • [63]

    В.А. Сетураман, М.Дж. Чон, М. Шимшак, Н. Ван Винкль и П.Р. Гудуру, Измерение двухосного модуля упругости Si анода для литий-ионных батарей на месте, Electrochemistry Communications , 12 (2010) 1614 –1617.

    Артикул Google Scholar

  • [64]

    Г. Стони, Натяжение металлических пленок, осажденных с помощью электролиза, Труды Лондонского королевского общества, серия статей, содержащих математический и физический характер , 82 (1909) 172–175.

    Артикул Google Scholar

  • [65]

    К. Дж. Чжао, В. Л. Ван, Дж. Грегуар, М. Фарр, З. Г. Суо, Дж. Дж.Влассак и Э. Каксирас, Литиевая пластическая деформация кремниевых электродов в литий-ионных батареях: теоретическое исследование из первых принципов, Nano Letters , 11 (2011) 2962–2967.

    Артикул Google Scholar

  • [66]

    Б. Герцберг, Дж. Бенсон и Г. Юшин, Измерения глубины вдавливания Ex-situ пленок из сплава Si-Li, полученных электрохимическим способом, Electrochemistry Communications , 13 (2011) 818–821.

    Артикул Google Scholar

  • [67]

    В. Б. Шеной, П. Джохари и Ю. Ци, Упругое размягчение аморфных и кристаллических фаз Li-Si с увеличением концентрации Li: исследование из первых принципов, Journal of Power Sources , 195 (2010) 6825–6830.

    Артикул Google Scholar

  • [68]

    Ю. Ф. Гао и М. Чжоу, Сильная диффузия, усиленная напряжением, в электродах из аморфных литиевых нанопроволок, журнал Journal of Applied Physics, , 109 (2011) 014310.

    Артикул Google Scholar

  • [69]

    Ю. Ф. Гао и М. Чжоу, Связанные механо-диффузионные движущие силы для разрушения электродных материалов, Journal of Power Sources , 230 (2013) 176–193.

    Артикул Google Scholar

  • [70]

    Л. Брассарт и З. Г. Суо, Реактивное течение в твердых телах, Журнал механики и физики твердых тел , 61 (2013) 61–77.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [71]

    Л. Брассарт и З. Г. Суо, Реактивный поток в электродах с большой деформацией литий-ионных батарей, Международный журнал прикладной механики , 4 (2012).

  • [72]

    К. Дж. Чжао, М. Фарр, Дж. Дж. Влассак и З. Г. Суо, Неэластичные хосты в качестве электродов для литий-ионных батарей большой емкости, Журнал прикладной физики , 109 (2011).

  • [73]

    К. Х. Ву, Роль напряжения Эшелби в диффузии, создаваемой составом и под воздействием напряжений, Журнал механики и физики твердых тел , 49 (2001) 1771–1794.

    MATH Статья Google Scholar

  • [74]

    Э. Х. Ли, Упруго-пластическая деформация при конечных деформациях, Журнал прикладной механики , 36 (1969) 1.

    MATH Статья Google Scholar

  • [75]

    Ю.Ф. Гао и М. Чжоу, Сильная зависимость диффузии лития от механических ограничений в электродах литий-ионной батареи большой емкости, Acta Mechanica Sinica , 28 (2012) 1068–1077.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [76]

    Р. Грантаб и В. Б. Шеной, Зависимая от градиента давления диффузия и распространение трещин в литированных кремниевых нанопроводах, Журнал Электрохимического общества , 159 (2012) A584 – A591.

    Артикул Google Scholar

  • [77]

    М. В. Вербрюгге и Ю. Т. Ченг, Распределение напряжения и энергии деформации в частицах вставного электрода, контролируемых диффузией, подвергающихся периодическим потенциальным возбуждениям, Журнал Электрохимического общества , 156 (2009) A927 – A937.

    Артикул Google Scholar

  • [78]

    Р. Дешпанде, Ю. Т. Ченг, М.В. Вербрюгге и А. Тиммонс, Напряжения, индуцированные диффузией, и энергия деформации в трансформирующей фазу сферической частице электрода, Журнал Электрохимического общества , 158 (2011) A718 – A724.

    Артикул Google Scholar

  • [79]

    Р. Дешпанде, Й. Ци и Ю. Т. Ченг, Влияние зависящего от концентрации модуля упругости на вызванные диффузией напряжения для аккумуляторных батарей, Журнал Электрохимического общества , 157 (2010) A967 – A971.

    Артикул Google Scholar

  • [80]

    Т. К. Бхандаккар и Х. Т. Джонсон, Напряжения, индуцированные диффузией в изгибающихся электродах батареи, Журнал механики и физики твердых тел , 60 (2012) 1103–1121.

    MathSciNet Статья Google Scholar

  • [81]

    Б. В. Шелдон, С. К. Сони, Х. С. Сяо и Ю. Ци, Вклад напряжений в термодинамику раствора в сплавах Li-Si, Письма по электрохимии и твердому состоянию , 15 (2012) A9 – A11.

    Артикул Google Scholar

  • [82]

    Р. Чандрасекаран, А. Магасинский, Г. Юшин и Т. Ф. Фуллер, Анализ введения / удаления лития в частице кремниевого электрода при комнатной температуре, Журнал Электрохимического общества , 157 (2010) A1139 –A1151.

    Артикул Google Scholar

  • [83]

    С. Голмон, К. Мауте, С. Х. Ли и М. Л. Данн, Генерация напряжения в частицах кремния при введении лития, Applied Physics Letters , 97 (2010).

  • [84]

    JC Li, XC Xiao, FQ Yang, MW Verbrugge и YT Cheng, Потенциостатическое прерывистое титрование электродов, регулируемое диффузией и межфазной реакцией, Journal of Physical Chemistry C , 116 (2012) 1472–1478 .

    Артикул Google Scholar

  • [85]

    М. Танг, В. К. Картер, Дж. Ф. Белак и Ю. М. Чианг, Моделирование конкурирующих путей фазового перехода в наноразмерных оливиновых электродах, Electrochimica Acta , 56 (2010) 969–976.

    Артикул Google Scholar

  • [86]

    М. Тан, В. К. Картер и Ю. М. Чианг, Электрохимические фазовые переходы в вставных электродах или литиево-ионных батареях: примеры в литий-металл-фосфатных оливинах, Annual Review of Materials Research , Vol 40 , 40 ( 2010) 501–529.

    Артикул Google Scholar

  • [87]

    М. Тан, Х.Y. Huang, N. Meethong, YH Kao, WC Carter и YM Chiang, Модель для размера частиц, перенапряжения и зависимости от деформации путей фазового перехода в накопительных электродах: Применение к наноразмерным оливинам, Chemistry of Materials , 21 (2009). ) 1557–1571.

    Артикул Google Scholar

  • [88]

    Р. Пуркаястха и Р. М. МакМикинг, Линеаризованная модель литий-ионных батарей и карты их характеристик и отказов, журнал Journal of Applied Mechanics-Transactions of the Asme , 79 (2012) 031021.

    Артикул Google Scholar

  • [89]

    Ф. К. Ларче и Дж. В. Кан, Взаимодействие состава и напряжения в кристаллических твердых телах, Acta Metallurgica , 33 (1985) 331–357.

    Артикул Google Scholar

  • [90]

    Б. Ян, Ю. П. Хе, Дж. Ирса, К. А. Лундгрен, Дж. Б. Рэтчфорд и Ю. П. Чжао, Влияние модуля упругости, зависящего от состава, конечной концентрации и граничных ограничений на диффузию ионов лития и напряжения в двухслойной Cu Si наноанод с покрытием, журнал Journal of Power Sources , 204 (2012) 168–176.

    Артикул Google Scholar

  • [91]

    А.Ф. Бауэр и П.Р. Гудуру, Простая модель конечных элементов диффузии, конечной деформации, пластичности и разрушения в материалах электродов со вставкой ионов лития, Моделирование и моделирование в материаловедении и технике , 20 (2012) 045004

    Артикул Google Scholar

  • [92]

    Г. Г. Ботте и Р. Э.Уайт, Моделирование интеркаляции лития в пористом углеродном электроде, Журнал Электрохимического общества, , 148 (2001) A54 – A66.

    Артикул Google Scholar

  • [93]

    Х. Хафтбарадаран, Дж. Сонг, У. А. Куртин и Х. Дж. Гао, Континуум и атомистические модели сильно связанной диффузии, напряжения и концентрации растворенных веществ, Journal of Power Sources , 196 (2011) 361–370 .

    Артикул Google Scholar

  • [94]

    Р.К. Абу Аль-Руб и Г. З. Войяджис, Прямая реализация градиентно-зависимой теории методом конечных элементов, International Journal for Numerical Methods in Engineering , 63 (2005) 603–629.

    MATH Статья Google Scholar

  • [95]

    О. К. Зенкевич, Р. Л. Тейлор и Дж. З. Чжу, Метод конечных элементов, его основы и основы , 6-е изд., Elsevier Butterworth-Heinemann, Амстердам; Лондон (2005).

    Google Scholar

  • [96]

    Р. Б. Хетнарски и М. Р. Эслами, Термические напряжения — Расширенная теория и приложения , Springer , Дордрехт; Лондон (2008).

    Google Scholar

  • [97]

    Д. П. Хассельман, Упругая энергия при разрушении и поверхностная энергия как критерии расчета теплового удара, Журнал Американского керамического общества , 46 (1963) 535–540.

    Артикул Google Scholar

  • [98]

    Г. Баренблатт, Образование равновесных трещин при хрупком разрушении, Журнал прикладной математики и механики , 23 (1959) 622–636.

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

  • [99]

    Д. С. Дагдейл, Податливость стальных листов, содержащих щели, Журнал механики и физики твердого тела , 8 (1960) 100–104.

    Артикул Google Scholar

  • [100]

    А. Нидлман, Модель континуума для зарождения пустот путем отсоединения включений, Journal of Applied Mechanics-Transactions of the Asme , 54 (1987) 525–531.

    MATH Статья Google Scholar

  • [101]

    Г. Т. Камачо и М. Ортис, Вычислительное моделирование ударных повреждений хрупких материалов, International Journal of Solids and Structures , 33 (1996) 2899–2938.

    MATH Статья Google Scholar

  • [102]

    Дж. Чжай, В. Томар и М. Чжоу, Микромеханическое моделирование динамического разрушения с использованием метода когезионных конечных элементов, Journal of Engineering Materials and Technology-Transactions of the Asme , 126 (2004) 179 –191.

    Артикул Google Scholar

  • [103]

    Ли и М. Чжоу, Прогнозирование вязкости разрушения керамических композитов в зависимости от микроструктуры: I.численное моделирование, Журнал механики и физики твердого тела , 61 (2013) 472–488.

    Артикул Google Scholar

  • [104]

    А. Баруа и М. Чжоу, лагранжева структура для анализа реакции микроструктурного уровня взрывчатых веществ на полимерной связке, Моделирование и моделирование в материаловедении и технике , 19 (2011).

  • [105]

    Т.К. Бхандаккар и Х.Дж. Гао, Когезионное моделирование зарождения трещин под действием диффузионных напряжений в тонкой полосе: влияние на критический размер дефектоустойчивых электродов батареи, International Journal of Solids and Structures , 47 (2010 ) 1424–1434.

    MATH Статья Google Scholar

  • [106]

    Ф. Чжан, А. Ф. Бауэр и В. А. Куртин, Конечно-элементная реализация кинетической модели динамического деформационного старения в алюминиево-магниевых сплавах, International Journal for Numerical Methods in Engineering , 86 (2011) 70– 92.

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

  • [107]

    П. О. Бушар, Ф.Бэй, Ю. Частел и И. Товена, Моделирование распространения трещин с использованием передовой техники повторного зацепления, Компьютерные методы в прикладной механике и инженерии, , 189 (2000) 723–742.

    MATH Статья Google Scholar

  • [108]

    Ю. Х. Ху, Х. Х. Чжао и З. Г. Суо, Предотвращение трещин, вызванных реакцией вставки в литий-ионные батареи, Journal of Materials Research , 25 (2010) 1007–1010.

    Артикул Google Scholar

  • [109]

    П.Софронис и Дж. Луфрано, Взаимодействие локальной эластопластичности с водородом: эффекты охрупчивания, Материаловедение и инженерия a-Структурные свойства материалов, микроструктура и обработка , 260 (1999) 41–47.

    Артикул Google Scholar

  • [110]

    X. Чен, Теория сопряженного гигро-термовязкоупругого разрушения, International Journal of Fracture , 148 (2007) 47–55.

    Артикул Google Scholar

  • [111]

    М.Чжоу, Г. Равичандран и А. Дж. Розакис, Динамически распространяющиеся полосы сдвига в ударно-нагруженных пластинах с надрезом. 2. Численное моделирование, Журнал механики и физики твердого тела , 44 (1996) 1007.

    Статья Google Scholar

  • [112]

    Т. Накамура, К. Ф. Ши и Л. Б. Фройнд, Вычислительные методы, основанные на интеграле энергии при динамическом разрыве, International Journal of Fracture , 27 (1985) 229–243.

    Артикул Google Scholar

  • [113]

    Р. Дешпанде, М. Вербрюгге, Ю. Т. Ченг, Дж. Ван и П. Лю, Прогнозирование срока службы батареи с учетом химической деградации и механики усталости, Журнал Электрохимического общества , 159 (2012) A1730 – A1738.

    Артикул Google Scholar

  • [114]

    Дж. Кристенсен, Моделирование напряжения, вызванного диффузией в Liion-ячейках с пористыми электродами, Журнал Электрохимического общества , 157 (2010) A366 – A380.

    Артикул Google Scholar

  • [115]

    Р. Т. Пуркаястха и Р. М. МакМикинг, Интегрированная двухмерная модель литий-ионной батареи: влияние параметров материала и морфологии на напряжение аккумулирующих частиц, Computational Mechanics , 50 (2012) 209–227.

    MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

  • [116]

    Т. Хутценлауб, С. Тиле, Р.Зенгерле и К. Циглер, Трехмерная реконструкция катода LiCoO2 литий-ионной батареи, Electrochemical and Solid State Letters , 15 (2012) A33 – A36.

    Артикул Google Scholar

  • [117]

    Р. Э. Гарсия, Ю. М. Чианг, В. К. Картер, П. Лимтонгкул и К. М. Бишоп, Микроструктурное моделирование и проектирование перезаряжаемых литий-ионных батарей, Журнал Электрохимического общества , 152 (2005) A255 – A263.

    Артикул Google Scholar

  • [118]

    Р. Э. Гарсиа и Ю. М. Чианг, Моделирование с пространственным разрешением микроструктурно сложных архитектур батарей, Журнал Электрохимического общества , 154 (2007) A856 – A864.

    Артикул Google Scholar

  • [119]

    М. Дойл, Т. Ф. Фуллер и Дж. Ньюман, Моделирование гальваностатического заряда и разряда литиево-полимерной вставной ячейки, Журнал Электрохимического общества , 140 (1993) 1526–1533.

    Артикул Google Scholar

  • [120]

    Т. Фуллер, М. Дойл и Дж. Ньюман, Моделирование и оптимизация двойной литиево-ионной ячейки ввода, Журнал Электрохимического общества , 141 (1994) 1–10.

    Артикул Google Scholar

  • [121]

    М. Б. Пинсон и М. З. Базант, Теория образования SEI в перезаряжаемых батареях: уменьшение емкости, ускоренное старение и прогноз срока службы, Журнал Электрохимического общества , 160 (2012) A243 – A250.

    Артикул Google Scholar

  • Измерение изменения объема и связанных с ним напряжений в Ge-электродах из-за окислительно-восстановительных реакций Na / Na +

    Электрохимические ячейки In situ были собраны с пленкой аморфного германия (a-Ge) в качестве рабочего электрода и натриевой фольгой в качестве электрода сравнения и противоэлектрода. Напряжения, возникающие в электродах из a-Ge из-за электрохимической реакции с натрием, измерялись в режиме реального времени во время гальваностатического цикла.Специально разработанный узорчатый электрод из a-Ge циклировали против натрия, и соответствующие изменения объема измеряли с помощью АСМ; было замечено, что натриение / десодиация a-Ge приводит к изменению объема более чем на 300%, что согласуется с литературными данными. Потенциал и реакция на стресс показали, что пленка a-Ge претерпевает необратимые изменения во время первого процесса содиации, но последующие циклы десодиации / содиации обратимы. Реакция пленки на напряжение достигла установившегося состояния после начального окисления и качественно аналогична реакции Ge во время литирования, т.е.е. начальный линейный упругий отклик, за которым следует обширная пластическая деформация пленки для приспособления к большим изменениям объема. Однако, несмотря на то, что он содержит больше ионов, натриение Ge вызывает более низкие уровни напряжения по сравнению с литиированием. Следовательно, механические потери на рассеяние, связанные с пластической деформацией, во время процесса натрирования ниже, чем при литировании.

    Недавнее стремление к экологически безопасному производству энергии и безуглеродным транспортным технологиям возобновило интерес к разработке передовых устройств хранения энергии, таких как аккумуляторные батареи.Благодаря беспрецедентной объемной и гравиметрической плотности энергии среди доступных химикатов батарей 1,2 Литий-ионные батареи (LIB) являются основным выбором в качестве накопителя энергии в портативной электронике, электромобилях и системах хранения энергии. Однако предполагаемое широкое использование электромобилей в ближайшее время увеличит спрос на литий и приведет к росту стоимости. Более того, запасы лития ограничены и расположены в географически удаленных и затронутых конфликтом районах Земли.В результате в последние годы активизировались усилия по разработке жизнеспособных и альтернативных батарей, таких как алюминиевые, магниевые и натрий-ионные батареи. Среди этих вариантов натрий-ионные батареи (NIB) становятся все более потенциальной альтернативой литий-ионным батареям, особенно для сетевых хранилищ, где низкая стоимость является основным требованием. Натрий-ионные батареи дешевле из-за большого количества Na в земной коре. 3–5 Кроме того, Na не реагирует с Al, 6 , который позволяет заменить дорогостоящую медь в качестве токоприемника — еще одно практическое преимущество, которое значительно удешевляет натриево-ионные батареи.

    Поскольку Na химически подобен Li во многих аспектах, а фундаментальные принципы NIB и LIB идентичны, много усилий было направлено на определение электродных материалов, структурно аналогичных материалам, используемым в технологии литий-ионных аккумуляторов. 5,7 Значительный успех был достигнут с таким подходом в поиске материалов положительных электродов для натриево-ионных аккумуляторов; например, оксиды переходных металлов со слоистой структурой и оксиды марганца с туннельной структурой успешно обратимо интеркалируют / деинтеркалируют ионы Na, что приводит к стабильной емкости более 140 мАч / г -1 в течение нескольких сотен циклов. 1 Однако поиск подходящего анодного материала все еще продолжается. Графит, широко используемый отрицательный электрод в литий-ионных аккумуляторах, не подходит для натрий-ионных аккумуляторов, поскольку он препятствует интеркалированию ионов Na. 8 С другой стороны, твердые угли, как было показано, обратимо реагируют с Na, давая емкость 300 мАч г -1 . 9 Другие многообещающие материалы для отрицательных электродов для натрий-ионных батарей включают аморфный Ge (369 мАч g −1 ), 10,11 Pb (485 мАч г −1 ), 11,12 Sb (660 мАч г −1 ), 11,13 и Sn (847 мАч г −1 ). 13,14 Хотя эти материалы имеют сравнимую удельную гравиметрическую емкость с отрицательными электродами литий-ионных аккумуляторов, они страдают от плохих циклических характеристик. 15,16 Среди доступных материалов отрицательного электрода Ge показал разумное сохранение емкости; например, Абель и др. . 17 показали, что наноколоночный Ge сохраняет 88% исходной емкости в течение более 100 циклов.

    В литературе по литий-ионным батареям показано, что напряжения, вызванные объемным расширением, определяют длительную циклическую работу.Например, Si, Sn и Ge расширяются почти на 300% при взаимодействии с Li, что вызывает значительные напряжения в этих электродах. 18–20 Сетураман и др. . , 21 Bucci et al. ., 22 Аль-Обеди и др. . , 23 Надимпалли и др. . , 24 Фарр и др. . , 25 и Сони и др. . , 26 экспериментально показали, что величина напряжений в различных материалах электродов из-за циклического литирования / делитирования может достигать 1.5 ГПа. Было показано, что эти напряжения, вызванные объемным расширением, вызывают обширную пластическую деформацию и разрушение электродов, что приводит к быстрому снижению емкости. 27–30 Также наблюдается, что механические свойства, такие как модуль упругости, коэффициент Пуассона и предел текучести, изменяются в зависимости от концентрации Li, 31,32 , это постоянное изменение свойств во время работы батареи влияет на ее циклические характеристики. Помимо того, что они являются движущей силой для механических повреждений и уменьшения емкости, напряжения также влияют на потенциал равновесия, 21 кинетика реакции, 33,34 и транспортные процессы. 35 Ожидается, что напряжения, вызванные объемным расширением в электродах натрий-ионных аккумуляторов, будут играть аналогичную роль и влиять на циклические характеристики натриево-ионных аккумуляторов. Следовательно, количественная оценка напряжений, возникающих из-за реакций натриево-десодиации, важна для понимания эволюции повреждений в электродах натриево-ионных аккумуляторов. Эта информация необходима для разработки устойчивых к повреждениям и высокоэффективных архитектур электродов для NIB. Значительный объем работы был выполнен по электрохимическому поведению различных электродов натрий-ионных аккумуляторов, но, несмотря на его важность, их механическое поведение еще не охарактеризовано.Отсутствие экспериментальных данных о механическом поведении также препятствует разработке математических моделей для натриево-ионных батарей, основанных на физике.

    Следовательно, основная цель этого исследования состоит в том, чтобы измерить величину объемного расширения и связанных напряжений в тонкопленочных электродах из Ge во время реакций натрирования / десодиации. Для этого напыленные пленки Ge (рабочий электрод) на пластинах из плавленого кварца с двухсторонней полировкой (DSP) подвергали электрохимическому циклированию с натриевой фольгой (противоэлектрод / электрод сравнения) в лабораторном стакане.В то время как пленка Ge подвергалась циклическому изменению в гальваностатических условиях, кривизна подложки кремнеземной пластины DSP контролировалась с использованием оптического метода для обеспечения измерения напряжения в тонкопленочном электроде Ge в реальном времени. Изменение объема пленки a-Ge из-за содиации / десодиации определяли путем измерения толщины нескольких образцов тонкопленочных электродов из Ge, которые подвергались оксидированию / десодиации до различных состояний заряда (SOC). Толщина пленки необратимо изменилась после первого цикла, т.е. пленка Ge не вернулась к своей первоначальной толщине после полного цикла содиации и десодиации.Было замечено, что реакция устойчивости пленки Ge к нагрузкам в установившемся состоянии во время натрирования / десодиации показала качественно аналогичное поведение с таковой для пленки литированного Ge, но величина напряжения значительно отличается. Несмотря на значительно больший размер (иона натрия), напряжения, возникающие из-за натрий-ионизации, ниже, чем напряжения, вызванные литированием в тонкопленочных электродах из Ge. Представленные данные о расширении объема и измерения напряжения в реальном времени для оксида натрия помогут разработать основанные на механике модели электродов натриево-ионных аккумуляторов и усилия по проектированию устойчивых к повреждениям электродов.

    Изготовление тонкопленочного электрода из германия

    Тонкие пленки германия толщиной 100 нм были нанесены на подложку из плавленого кварца (толщина ~ 500 мкм м, диаметр ~ 5,08 см, полировка с двух сторон), покрытая тонкими пленками Ti (~ 5 нм, как адгезионный слой) и Cu (~ 200 нм, как токоприемник). Пленки были нанесены методом распыления на постоянном токе с использованием Denton Explorer 14, а на вставке на рис. 1а показана схема конфигурации тонких пленок с различными слоями и их значениями толщины.Для обеспечения равномерной толщины пленки плита (которая удерживает образцы) в камере вращалась со скоростью 20 об / мин во время процесса осаждения. После осаждения толщину пленки Ge во всех образцах измеряли профилометром со щупом (KLA-Tencor, KLA Corporation). Подложка из плавленого кварца (SiO 2 ) не участвует ни в каких электрохимических реакциях; он служит только упругой подложкой для измерения кривизны, как показано на рис. 1b. Точно так же коллектор тока Cu инертен по отношению к Na согласно равновесной фазовой диаграмме Na-Cu, 36–38 , и он не будет способствовать развитию напряжения во время цикла натриевого / десодиационного цикла Ge электрода.Тонкие пленки Ge, осажденные распылением (при указанных выше условиях), в целом аморфны. 39 Спектр XRD образца после осаждения, показанный на рис. 1c, полученный на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 Discover (Bruker Corporation), подтверждает аморфную природу изготовленных тонких пленок Ge. Пики, показанные на рентгенограмме, указывают на кристалличность, принадлежат Cu, а отсутствие пиков Ge подтверждает его аморфную природу. В более раннем отчете Надимпалли и др. . 24 № подтвердил аморфную природу этих пленок Ge, нанесенных методом распыления, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 1. Схема (а) многолучевого оптического датчика (MOS), интегрированного с изготовленной на заказ электрохимической ячейкой для измерения кривизны на месте. На вставке показаны детали образцов электродов, то есть различные тонкие пленки и значения их толщины, (b) показаны детали принципа измерения кривизны МОП, и (c) изображена рентгенограмма осажденных пленок на подложке из диоксида кремния, соответствующая аморфной природе. пленки Ge (т.е. отсутствие пиков для кристаллического Ge).

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Сборка и измерения электрохимической ячейки

    На рис. 1а показана схема электрохимической ячейки, изготовленной из тефлона, собственной разработки. Натрий-ионные полуэлементы собирали и циклически обрабатывали при комнатной температуре внутри перчаточного бокса, заполненного аргоном (MBraun Inc., <0,1 ppm O 2 , <0,1 ppm H 2 O). Пленка аморфного германия (a-Ge) как рабочий электрод; 1.Натриевая фольга толщиной 3 мм (приготовленная из кубиков Na на основе 99% следов металлов, Sigma Aldrich) в качестве противоэлектрода / электрода сравнения; и 1 M перхлорат натрия (NaClO 4 , чистота> 98%, Sigma Aldrich) в пропиленкарбонате (PC, 99,7% безводный, Sigma Aldrich) с 5 мас.% добавкой фторэтиленкарбоната (FEC, Sigma Aldrich) в качестве электролита. используется для изготовления электрохимических ячеек, как показано на рис. 1а. Лист стеклянного микроволокна (размер пор ~ 1 мкм м, Sigma Aldrich) использовался в качестве разделителя, который предотвращает любой физический контакт между электродами, т.е.е., избегает короткого замыкания.

    Аморфные пленки Ge подвергали оксидированию и десодиации в гальваностатических (т. Е. При постоянной плотности тока i = 1 мк А · см -2 ) условиях между 2 В и 0,001 В по сравнению с Na / Na + с использованием потенциостат Solartron 1470E; напряжение и потенциальная реакция пленки Ge регистрировались одновременно во время этого процесса. Дополнительные гальваностатические эксперименты с теми же плотностями тока были выполнены на пленках Ge толщиной 30 нм и 120 нм, чтобы увидеть, зависит ли электрохимическая реакция и реакция на напряжение от толщины пленки.Эксперименты по циклической вольтамперометрии проводились на пленках Ge 100 нм при скорости сканирования 0,1 мВ с -1 между 2 В и 0,001 В по сравнению с Na / Na + . Все описанные здесь эксперименты проводятся внутри перчаточного бокса (MBraun Inc., заполненного аргоном, <0,1 ppm O 2 и <0,1 ppm H 2 O). Сканирующий электронный микроскопический анализ проводился как на подготовленных, так и на циклических образцах. Циклические клетки разбирали, и образцы промывали пропиленкарбонатом в течение 10 минут, затем сушили в течение 24 часов внутри перчаточного бокса перед тем, как вынуть их для анализа SEM.Образцы переносили в герметичный контейнер, заполненный аргоном, и переносили в камеру SEM с минимальным воздействием окружающего воздуха.

    Измерение напряжения с использованием многолучевой оптической (MOS) установки

    На рисунке 1b показана схема установки многолучевого оптического датчика (MOS) (k-Space Associates, Dexter, MI), который использовался для отслеживания эволюции кривизны подложки из плавленого кварца во время цикла натрирования / десодиации пленки Ge. Установка MOS состоит из твердотельного лазерного источника (с центральной длиной волны 660 нм), одного коллимированного луча и двух эталонов, предназначенных для генерации массива лазерных лучей 2 × 2.Матрица лучей, отраженных от подложки, была захвачена камерой CCD, как показано на схеме. Захваченное изображение отображается на мониторе компьютера в виде массива круглых точек размером 2 × 2 (поперечное сечение лазерных лучей). Кривизну образца определяли путем измерения относительного смещения лазерных точек как,

    , где D — расстояние между центрами лазерных пятен, D o — начальное расстояние между лазерными точками, угол лучей и L — длина оптического пути, как показано на рис.1b. Коэффициент cos / 2 L, известный как постоянная зеркала, который является специфическим для данной установки, был получен путем калибровки установки с использованием зеркала известной кривизны. Матрица 2 × 2 лазерных пятен позволяет измерять кривизну в двух ортогональных направлениях. Это будет важно для понимания того, расширяется ли пленка изотропно и равномерно. Обратите внимание на рис. 1а, что, хотя фольга Na, стекловолоконный сепаратор и пленки Ge остаются погруженными в электролит во время эксперимента, поверхность кремнеземной подложки, которая отражает лазерные лучи, не была погружена.Это было сделано для предотвращения оптических сложностей, связанных с прохождением лазера через электролит.

    Напряжения в пленке Ge связаны с кривизной подложки уравнением Стони, 31,40

    где E s , т с , υ s — модуль Юнга, толщина и коэффициент Пуассона кремнеземной подложки соответственно.Параметр σ r — остаточное напряжение в исходной пленке Ge (вызванное несоответствием коэффициентов теплового расширения между подложкой из диоксида кремния и пленкой Ge, когда пленка возвращается к комнатной температуре и повышается во время процесса осаждения), и t f — это толщина пленочного электрода из a-Ge, которая непрерывно изменяется во время процесса окисления / десодиации. На основании предыдущих наблюдений за литий-ионными электродами, 31,41–43 разумно предположить, что объемное расширение Ge будет линейной функцией концентрации натрия, т.е.е. изменение толщины пленки Ge в зависимости от емкости из-за натрий / десодиации задается как

    Здесь — начальная толщина пленки, z — состояние заряда (SOC), которое изменяется от 0 до 1; z = 1 соответствует полностью оксидированному состоянию с теоретической емкостью 369 мАч g -1 и объемной деформацией β . 11,44 Объемная деформация в Ge, вызванная реакцией натрия, ранее экспериментально не измерялась. Примечание из уравнения. 2 что мгновенная толщина пленки t f требуется для определения истинного напряжения в пленке.Следовательно, здесь было измерено изменение толщины пленки Ge во время реакции натриевого / десодиации, подробности которой представлены ниже.

    Измерение изменения объема Ge из-за реакции натриения / десодиации

    Пленка Ge с рисунком, показанная на рис. 2а, была изготовлена ​​с помощью последовательности процессов нано- и микропроизводства, таких как фотолитография, испарение электронным пучком и лифтинг. off (средство для удаления микропитаний) на полированной пластине из плавленого кварца (толщина ~ 500 мкм м, длина = 25 мм, ширина = 25 мм).Толщина пленок Ge, Ni и Ti составляла 30 нм, 75 нм и 5 нм соответственно; На рис. 2b показан ступенчатый профиль узорчатой ​​пленки, измеренный с помощью атомно-силового микроскопа (Dimension Icon, Bruker Corporation). Образцы Ge с рисунком затем были собраны, как показано на рис. 1а, в конфигурации полуячейки и подвергнуты циклическому циклу в гальваностатических условиях до различных уровней заряда, и были измерены изменения толщины пленки. Следует отметить, что из-за ограничений, накладываемых подложкой, площадь пленки почти постоянна; следовательно, изменение объема Ge из-за реакции окисления / десодиации отражается на изменении толщины.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 2. (a) Схема образца электрода с рисунком, используемого для измерений объемного расширения; (б) профиль линии образца с рисунком показывает стопку пленок 110 нм (~ 5 нм Ti, ~ 75 нм Ni и ~ 30 нм Ge). Для подтверждения толщины пленки и высоты ступенек измерения проводились в нескольких точках образца. Наблюдаемый всплеск на краю пленки мог быть из-за краевых дефектов процесса отрыва, которые дополнительно усиливались реакцией замкнутой системы управления АСМ.

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Открытая подложка из диоксида кремния (показанная на рис. 2а), действует как эталонная поверхность для измерения расширения / сжатия по толщине тонкопленочного электрода из Ge во время реакции натрирования / десодиации; Обратите внимание, что толщина слоев Ni и Ti не меняется, поскольку эти слои не реагируют с натрием. Несколько образцов были прерваны на различных этапах цикла для получения данных об изменении объема; в частности, три пробы были прерваны после завершения первого процесса содиации, три пробы были прерваны после одного полного цикла содиации / десодиации (т.е., первый цикл), и еще три пробы были прерваны после завершения второго содирования (то есть процесса содирования после 1-го цикла). Затем прерванные ячейки разбирали, и образцы электродов промывали в пропиленкарбонате (ПК) в течение 10 минут с последующей сушкой в ​​течение 24 часов в исходном перчаточном боксе (MBraun Inc.) перед переносом их в другой перчаточный бокс (MBraun Inc. с аргоном, <0,1 ppm O 2 и <0,1 ppm H 2 O), оборудованных Bruker Dimension ICON AFM.Измерения толщины проводились с использованием режима сканирования Peakforce, доступного в АСМ, с датчиком SCANASYST-AIR (жесткость пружины 0,4 Н · м -1 ). В каждом образце измерения толщины проводились в нескольких местах, и среднее значение всех этих измерений было взято в качестве репрезентативного измерения толщины для этого образца. На рисунке 2b показаны типичные данные о толщине образца в том виде, в котором он был приготовлен (т. Е. Необработанного).

    Возможный отклик Ge электрода во время циклического натяжения / десодиации

    На рис. 3а показана циклическая вольтамперограмма тонкопленочного электрода из a-Ge, циклически повторяемая относительно натриевого электрода сравнения со скоростью сканирования 0.1 мВ с -1 в 1 М перхлорате натрия в пропиленкарбонате с 5 мас.% Фторэтиленкарбонатного электролита. Катодная развертка цикла 1, соответствующая окислению первичной пленки a-Ge, показывает небольшой пик (с максимумом при ~ 4,5 мкм А · см -2 ) с центром около 0,5 В относительно Na / Na + , но отсутствует во всех последующих циклах, указывает на реакцию типа пассивации, соответствующую образованию натрий- и хлорсодержащих частиц из-за восстановления растворителя.Это объясняется образованием межфазной границы твердого электролита (SEI), связанной с необратимым разложением компонентов электролита во время первого цикла. При продолжении сканирования ток содиации резко возрастает при 50 мВ по сравнению с Na / Na + , и для последующих циклов натяжения начало этого резкого увеличения тока содиации происходит при ~ 100 мВ, что свидетельствует об улучшении кинетики при циклировании. Обратите внимание, что в контексте пары полуэлементов, таких как Ge (рабочий) Na (эталон / счетчик), во время цикла содирования работа выполняется ячейкой на потенциостате и, следовательно, более высокий потенциал по сравнению с Na / Na + указывает на легкую кинетику.Причина медленной кинетики при первом окислении Ge может быть связана с дополнительными кинетическими барьерами, участвующими в первом цикле, такими как процесс разрыва связи Ge-Ge. Разница в перенапряжения между первым циклом десодиации и последующими циклами десодиации незначительна; Обратите внимание, что во время десодиации на ячейке работает потенциостат, и поэтому более низкий потенциал по сравнению с Na / Na + указывает на легкую кинетику. Рисунок 3 (а) также показывает, что кривые десодиации для циклов 2–4 перекрываются, что указывает на одинаковую емкость и, следовательно, хорошую обратимость после первого цикла.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 3. (a) Циклическая вольтамперограмма пленки a-Ge при скорости сканирования 0,1 мВ с –1 по отношению к Na / Na + . Потенциальный отклик тонкопленочного анода Ge как функция (б) времени и (в) емкости во время циклического натяжения / десодиации в гальваностатических условиях, то есть при постоянной плотности тока ~ 1 мкм А · см -2 ( ок. С / 20).

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    На рисунках 3b и 3c показан потенциальный отклик пленки Ge как функция времени и удельной емкости, соответственно, во время цикла содиации / десодиации при постоянной плотности тока 1 мкм А · см −2 (что соответствует ~ С / 20 ставка). В начале первого цикла потенциал ячейки резко падает от значения разомкнутой цепи 2 до 0,61 В по сравнению с Na / Na + , где он остается постоянным в течение короткого периода времени, а затем резко падает до плато потенциала. из 0.14 В по сравнению с Na / Na + , что соответствует легированию натрия пленкой a-Ge. Потенциал остается почти постоянным при 0,14 В относительно Na / Na + до конца натрирования и быстро падает до порогового значения 0,001 В относительно Na / Na + при 540 мАч g -1 . После десодиации потенциал резко возрастает до 0,65 В относительно Na / Na + при изменении емкости 40 мАч изб. -1 и остается постоянным при 0,65 В относительно Na / Na + до тех пор, пока емкость не снизится до 360 мА · ч изб. -1 , что соответствует экстракции натрия из пленки Ge, и постепенно возрастает до 2 В по сравнению с Na / Na + в конце процесса десодиации, т.е.е., при 200 мАч g −1 . Колумбийный КПД в первом цикле составлял 63%, но он увеличился до 78% во втором и до 81% в четвертом цикле. Короткое плато 0,61 В относительно Na / Na + , которое присутствует в первом цикле процесса окисления, но практически отсутствует в остальных циклах, рис. 3b и 3c, можно отнести к необратимым побочным реакциям, которые приводят к образованию слоя SEI. Эти наблюдения хорошо согласуются с данными Баггетто и др. . 11

    Плоский отклик потенциала, такой как 0,14 В по сравнению с Na / Na + во время окисления свежей пленки a-Ge на рис. 3b и 3c, в общем, указывает на двухфазную реакцию в электродах, т.е. реакцию, которая приводит к образованию резкой границы раздела фаз, разделяющей две равновесные фазы с резким скачком концентрации на границе раздела фаз. Эта резкая фазовая граница затем распространяется в пленку до тех пор, пока вся пленка не будет поглощена одной фазой.Некоторыми примерами такого явления являются превращение кристаллической фазы в кристаллическую, когда Li реагирует с графитом через стадии, Al и Sn с образованием Li x C, 45 Li x Интерметаллиды алюминия 46 и, Li x интерметаллиды Sn 15,47 соответственно; и превращение кристаллической фазы в аморфную, когда Li реагирует с кристаллическим Si с образованием аморфного Li x Si. Фактически было сообщено 14,48,49 , что окисление Sn также демонстрирует плоские потенциалы, указывающие на двухфазные реакции.Однако одно существенное различие между этими предыдущими отчетами и настоящим исследованием состоит в том, что в отличие от вышеупомянутых отчетов, где исходные образцы имеют кристаллическую природу в начале эксперимента, тонкопленочные электроды Ge в настоящем исследовании имеют аморфную природу, начиная с , см. рис. 1c. Кроме того, согласно измерениям дифракции рентгеновских лучей на месте, проведенным Baggetto et al . , 11 , пленка a-Ge остается аморфной во время и в конце натриения, что свидетельствует об образовании твердого раствора Na x Ge, однако плоский отклик потенциала, характерный для двухфазной реакции, наблюдался в текущем исследовании и более ранний отчет Баггетто и др. . 11 . Необходимо провести тщательную и обширную характеристику in situ (например, ПЭМ и XRD), чтобы пролить больше света на это поведение, которое выходит за рамки данного исследования.

    Однако следует отметить, что плоский потенциал не всегда должен быть связан с фазовым превращением. Например, работа с просвечивающим электронным микроскопом на a-Si, выполненная Ван и др. . 50 и МакДауэлл и др. . 48 указывает, что при чрезвычайно высоких скоростях литиирования / делитирования или условиях ограниченной диффузии может происходить появление двухфазной реакции в аморфных электродных материалах (или a-Si) во время электрохимической реакции (литиирования).Макдауэлл и др. . 48 наблюдал эту, казалось бы, реакцию двухфазного типа (резкая фазовая граница, движущаяся через частицу a-Si), происходящую только во время первого процесса литирования, но не в последующих циклах; реакция при последующем циклировании происходила по однофазному механизму (образование твердого раствора, указывающее на более высокую наклонную характеристику напряжения). 51,52 МакДауэлл и др. . утверждал, что это поведение, аналогичное наблюдениям в этом исследовании (рис.3), обусловлено лимитирующим эффектом разрыва связи Si – Si по отношению к скорости литирования. Следует отметить, что a-Si не проявляет такого поведения при очень низких скоростях литирования, как показано Сетураманом и др. . , 31 Bucci et al., 22 Надимпалли и др. . , 30 и Фарр и др. . 53 Ожидается, что подобное явление ограничения скорости, такое как относительно низкая диффузия Na в чистом Ge по сравнению с циклическим Ge, как предполагает CV-кривая на рис.3а, отвечает за плоский потенциал, когда первичная пленка a-Ge подвергается оксидированию (напоминая механизм двухфазной реакции), и за однофазную реакцию в последующих циклах. Фактически, это поведение было отражено в измерениях напряжения, которые представлены ниже.

    Реакция на напряжение тонкопленочного электрода Ge во время реакции натриения / десодиации

    На рисунках 4a и 4b показано изменение толщины (или кривизны) напряжения пленки a-Ge как функции времени и емкости, соответственно, во время гальваностатического окисления. цикл десодиации.Обратите внимание, что значение напряжения-толщины при нулевой нагрузке не равно нулю из-за остаточного напряжения. Обычно тонкие пленки осаждают при повышенных температурах, и из-за несоответствия свойств теплового расширения в пленках возникают остаточные напряжения, когда система пленка / подложка охлаждается до комнатной температуры. Остаточное напряжение во всех описанных здесь экспериментах было получено путем измерения кривизны подложки (с установкой, показанной на рис. 1) непосредственно до и после осаждения пленок и с использованием уравнения.2 (только второй член в правой части). Среднее значение измеренного остаточного напряжения в пленках составило -0,24 ГПа; Знак представляет состояние напряжения: отрицательное для сжимающего напряжения и положительное для растягивающего напряжения.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 4. Поведение толщины тонкопленочного анода из a-Ge как функция времени (а) и удельной емкости (б), соответственно, во время натрирования / десодиации при гальваностатическом циклировании (при постоянной плотности тока ~ 1 μ А · см −2 , т.е.е., по курсу С / 20).

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    На рис. 4b показано, что значение толщины при напряжении оставалось почти постоянным с учетом емкости, когда натрий вступал в реакцию с чистым a-Ge, достигая значения -2 Па · м в конце натяжения (543 мА · ч г -1 ). После десодиации значение напряжения-толщины быстро увеличивалось до 43 Па-м при изменении емкости 40 мАч g -1 и затем постепенно и нелинейно увеличивалось с уменьшением емкости, достигнув пикового значения 109 Па-м при 204 мАч g. −1 (в конце десодиации).Хотя реакция десодиации схожа во всех циклах, реакция пленки во время первого натрийсвязи (то есть, когда натрий прореагировал с чистой пленкой a-Ge) разительно отличается от реакции, наблюдаемой в последующих циклах, то есть в последующих циклах, значение толщины напряжения не оставалось постоянным, а быстро (и линейно) увеличивалось с емкостью до пикового значения -93 Па-м (при 355 мАч изб. -1 во втором процессе окисления) и затем уменьшалось нелинейно с дальнейшее окисление, достигающее значения -8 Па-м в конце сеанса, что отражает поведение, наблюдаемое во время процесса десодиации.Расширение пленки Ge в плоскости во время натрирования ограничивается подложкой, которая вызывает в пленке двухосные сжимающие напряжения. Точно так же подложка предотвращает усадку пленки в плоскости во время десодиации, вызывая двухосные растягивающие напряжения; однако пленка может расширяться в нормальном направлении (или в направлении толщины).

    Следует отметить, что измеренные значения кривизны могут привести к ошибке в оценке напряжения, если пленка треснет во время циклирования. Тот факт, что пиковое значение напряжения-толщины ~ 114 Па · м во время десодиации и ~ -94 Па · м во время натощения оставалось почти постоянным в течение первых четырех циклов (рис.4а) свидетельствует о том, что пленка Ge не образовывала трещин в течение первых четырех циклов. Анализ SEM, проведенный на различных образцах, показанных на рис. 5, подтверждает это наблюдение, что пленка Ge была неповрежденной в течение первых четырех циклов, а трещины развивались только во время 5-го цикла. Хотя механизм зарождения трещин в аморфном Na x Ge в настоящее время не изучен, более пристальный взгляд на поверхностные особенности электрода на рис. 5 вместе с недавней литературой может предложить некоторую предварительную гипотезу.Обратите внимание на рис. 5, что циклическое повторение содиации / десодиации приводит к повышенной шероховатости поверхности, а также может вызвать пористость. 11,54 Кроме того, при циклическом изменении шероховатость и пористость изменяются. Образование трещин в результате изменения характеристик поверхности, микроструктуры и повторяющихся циклов растягивающего / сжимающего напряжения в пленке Na x Ge аналогично малоцикловому усталостному разрушению в поликристаллических конструкционных материалах. Реакция на напряжение, показанная на фиг.4, повторялась по крайней мере в 10 различных образцах, изготовленных в разных партиях, а также реакция кривизны не зависела от направления пленки в плоскости (см. Фиг.S1, доступный в Интернете по адресу stacks.iop.org/JES/168/010504/mmedia), что указывает на то, что расширение пленки из-за реакции содиации / десодиации изотропно. Дальнейшие фиг. S2-S4 показывают, что реакция пленки на напряжение также не зависела от толщины пленки (т.е. для тонких пленок a-Ge 30 нм, 100 нм и 120 нм наблюдались незначительные отклонения в измеренных данных). Другими словами, отклик, показанный на рис. 4, воспроизводится на нескольких образцах и не зависит от толщины пленки (по крайней мере, в диапазоне от 30 до 120 нм).

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 5. Исследование морфологии поверхности осажденных и подвергнутых циклическому воздействию тонкопленочных электродов Ge с помощью SEM (сканирующая электронная микроскопия): (а) первичная пленка a-Ge, (b) пленка Ge после первого натрирования, (c) пленка Ge после цикла окисления / десодиации, (d) пленка Ge после 5-го цикла.

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Реакция зависимости толщины от напряжения a-Ge, рис.4, качественно аналогичен кристаллическому Si при литировании / делитировании в гальваностатических условиях. Чон и др. . 55 сообщил, что когда кристаллический Si впервые вступает в реакцию с Li, он проявляет двухфазную реакцию, приводящую к плоскому потенциалу и линейному отклику «напряжение-толщина», который разительно отличается от отклика в последующих циклах. Такое поведение Si объясняется необратимым превращением кристаллического Si в аморфный Li x Si во время первого процесса литирования, который остается аморфным в течение оставшейся истории циклирования. 56 Отчетливо различающаяся реакция пленки a-Ge на напряжение во время первого процесса окисления по сравнению с реакцией в последующих циклах, показанных на рис. 4, может быть отнесена к необратимым изменениям, которые происходят в пленке a-Ge во время первого процесса окисления. Причину почти плоской стресс-реакции можно объяснить следующим образом. При ограниченной диффузии реакции между натрием и чистым Ge (т. Е. Первое натриевое окисление), как следует из плоского отклика потенциала на рис. 3, резкий фронт концентрации разделяет пленку Ge на богатые натрием и бедные натрием области, обозначенные красным и синие области соответственно на схеме рис.6а. Плоский потенциал также предполагает, что концентрация натрия в богатом натрием Ge остается постоянной, в то время как фронт распространяется в оставшуюся пленку Ge. Во время этого процесса обе (синие и красные области на рис. 6a) области пленки Ge вносят вклад в измеряемое напряжение: Здесь σ 1 и t 1 — значения напряжения и толщины, соответственно, богатая натрием (или красная) область, и σ 2 — напряжение в бедной натрием (или синей) области во время начального натриевого окисления.Обратите внимание, что σ 1 и σ 2 остаются постоянными, так как концентрация натрия в обеих областях остается постоянной. Кроме того, разумно предположить, что σ 2 — это остаточное напряжение (т.е. напряжение в пленке Ge в начале эксперимента или при низкой концентрации натрия, рис. 4 и 6), а σ 1 должно быть меньше σ 2 , поскольку напряжение пленки с высоким содержанием натрия почти близко к 0 ГПа из рис.4. Таким образом, измеренное напряжение во время первого натрирования дается так, что оно остается почти постоянным или немного уменьшается по мере увеличения t 1 , что приводит к плоскому отклику, показанному в первом процессе натрирования на фиг. 4. Когда пленка завершает это необратимое преобразование в первом процессе окисления реакция пленки в оставшейся истории циклов повторяется, что согласуется с потенциальной реакцией на рис. 3.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 6. (a) Схема необратимого механизма реакции во время 1-й реакции натрирования исходной тонкой пленки a-Ge, за которой следует обратимый однофазный механизм натриения / десодиации, согласно наблюдениям на рис. 3 и 4. (b) и (c) показаны потенциал и реакция толщины пленки a-Ge как функция емкости, соответственно, во время частичного цикла содиации / десодиации в гальваностатических условиях, причем каждый цикл постепенно реагирует на большее количество первозданная пленка a-Ge. Обратите внимание, что отчетливая сигнатура реакции свежего германия с натрием, т.е.е., почти незначительное изменение кривизны в зависимости от емкости, происходящее в последующих циклах до тех пор, пока весь свежий Ge не прореагирует с Na.

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Были проведены дополнительные эксперименты для проверки гипотезы о том, что, если вся первоначальная пленка a-Ge не активируется / не прореагирует (или не превращается необратимо), плоский отклик (или предельное изменение толщины напряжения) с емкостью, как видно на первом этапе процесс, показанный на фиг. 4, будет происходить во время окисления в последующих циклах.На рисунках 6b и 6c показаны данные о потенциале и толщине напряжения, соответственно, из одного такого эксперимента, в котором пленка Ge была частично содирована (или активирована) и десодифицирована, причем каждый цикл проникает глубже в пленку, то есть постепенно превращается (или активируется) больше, пока весь первозданный a-Ge не отреагирует необратимо. Плотность тока i = 3 μ А · см −2 была постоянной на протяжении всего эксперимента. Обратите внимание на то, что значение толщины напряжения не изменилось в течение первых 4 часов цикла содиации / десодиации, потому что большая часть этого натяжения была реакцией SEI.Однако в следующем цикле, когда пленка натрилась в течение 5 часов, как и ожидалось, кривизна оставалась почти постоянной, а реакция десодиации аналогична ожидаемой согласно фиг.4, хотя величина отличается, потому что только небольшая часть пленка была активирована в этом цикле и внесла свой вклад в это изменение кривизны. Во время третьего цикла процесса оксидирования часть пленки, которая была активирована ранее, способствовала начальному резкому линейному увеличению толщины напряжения с увеличением емкости, а когда натрий вступил в реакцию с оставшимся чистым a-Ge, значение толщины напряжения оставалось почти постоянным. согласно гипотезе.Наконец, когда вся пленка активируется (или необратимо преобразуется), зависимость толщины от напряжения во время десодиации и последующего циклирования качественно и количественно соответствовала фиг.4. Это подтвердило гипотезу о том, что первоначальная реакция Na с чистым a-Ge активирует пленку и безвозвратно преобразует ее.

    Изменения объема и связанное с ними истинное напряжение из-за циклирования натрирования / десодиации пленки Ge

    Данные, представленные на рис. 4 и 6 получается непосредственно из измерений кривизны, и для определения истинного напряжения (или напряжения Коши) в пленке при любой заданной концентрации натрия требуется мгновенная толщина пленки согласно уравнениям.2 и 3. На фиг. 7a и 7b показано изображение АСМ структурированного электрода из a-Ge до и после первого процесса оксидирования соответственно; и на рис. 7c показаны профили по высоте тонких пленок Ge, подвергшихся оксидированию / десодиации на различных стадиях циклирования. Поверхность (инертной) подложки из диоксида кремния используется в качестве эталона для измерений толщины, поскольку она не участвует в электрохимических реакциях. Примечание из рис. 7b и 7c видно, что поверхность пленки a-Ge приобретает заметную шероховатость после реакции с натрием; например, примечание к рис.7c видно, что значение толщины пленки, содержащей оксид натрия, колеблется в большей степени по сравнению с толщиной пленки, содержащей оксид натрия. В результате значение толщины, усредненное по длине сканирования, обозначенное пунктирной линией, рассматривалось как репрезентативное значение толщины образца. Для каждого SOC рассматривалось не менее трех образцов, и сканировалось как минимум два местоположения в каждом образце. Как упоминалось ранее, ограничение подложки сохраняет площадь пленки почти постоянной; следовательно, изменение объема прямо пропорционально изменению толщины в текущих измерениях.На рисунке 7c представлены все эти измерения изменения толщины (или объема) из-за циклического натяжения / десодиации.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 7. АСМ-изображение (а) чистой пленки a-Ge и (б) пленки в конце 1-го процесса окисления; (c) профиль толщины пленок a-Ge, оксидированных / десодированных до различных уровней заряженности; и (d) отношение конечных значений толщины к начальным значениям толщины пленки a-Ge на различных стадиях цикла натрирования / десодиации.

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    На рис. 7d показано отношение мгновенной толщины пленки оксидированного германия к ее первоначальному значению (т.е. первоначальной толщине пленки) в зависимости от предыстории оксидирования / десодиации. Каждая точка данных (пустой кружок) соответствует значению из одного образца, а закрашенные треугольники представляют собой среднее значение отношения для различных состояний содиации / десодиации пленки a-Ge. Обратите внимание, что чистая пленка a-Ge толщиной 30 нм расширилась до 101 нм, что соответствует среднему значению в конце полного содирования.После десодиации, то есть в конце первого цикла, пленка сжимается до 62 нм, но не возвращается к исходной толщине 30 нм. Это ожидаемо, потому что согласно термодинамике невозможно удалить весь Na, который прореагировал с a-Ge. Это также согласуется с наблюдениями на рис. 3 и 4 видно, что чистая пленка a-Ge претерпевает необратимую реакцию во время первого процесса окисления натрия. После второго процесса окисления пленка расширяется до среднего значения 4. Это измеренное значение степени расширения 3.39 и 4 для полностью содированного состояния немного больше, чем значение 3, оцененное Лу и др. . 54 основан на расширении нанотрубки из оксидированного германия. Следует отметить, что измерения толщины в текущем исследовании не учитывали влияние образования слоя SEI и его толщины. Кроме того, сравнение изменения объема проводится для разных образцов (прерываемых на разных этапах цикла), в отличие от измерения толщины на месте одной пленки, проходящей циклическое натрирование / десодиация.Следовательно, различные факторы, такие как параметры сканирования АСМ, изменение образца к образцу, неоднородная реакция в образце и образование нанопор во время десодиации, вносят свой вклад в разброс. Тем не менее, полученные здесь данные, насколько известно автору, являются одной из первых попыток измерения объемного расширения a-Ge за счет реакции с натрием. Из-за различных допущений, сделанных в этих измерениях объемного расширения, измерения следует рассматривать как оценки первого порядка. Хотя измерения толщины проводились только в конечных точках (т.е.е., в начале и конце содиации / десодиации), как утверждалось ранее, значения толщины на любом промежуточном SOC могут быть оценены линейной экстраполяцией согласно уравнению. 3. Принимая во внимание расширение пленки Ge из экспериментальных измерений, расширение по толщине Ур. 3 можно переписать как

    , где — начальная толщина пленки, z — состояние заряда (SOC), которое изменяется от 0 до 1; z = 1 указывает на емкость 369 мАч g -1 и объемную деформацию 2,39, полученную в результате экспериментов (т.е.е., рис.7).

    Истинное напряжение в пленке a-Ge из-за натяжения получается путем использования оцененной толщины пленки a-Ge во время цикла натриения / десодиации согласно формуле. 4 и данные «напряжение-толщина», представленные на рис. 4. Истинные данные о напряжении пленки a-Ge во время стабильного 2-го цикла представлены на рис. 8а. Как отмечалось ранее, при окислении напряжение увеличивается линейно (упругая реакция), достигает максимального значения сжимающего напряжения -0,56 ГПа при 100 мАч g -1 и медленно уменьшается с достижением емкости -0.18 ГПа в конце окисления. Нелинейная реакция на напряжение, превышающая емкость 100 мАч г –1 , предполагает, что пленка оксидированного германия претерпевает обширную пластическую деформацию, чтобы компенсировать объемное расширение. После десодиации напряжение стало растягивающим (т.е. положительным значением) и оставалось близким к 0,01 ГПа до тех пор, пока емкость не уменьшилась до 270 мАч г -1 , а затем увеличилась до пикового значения 0,75 ГПа в конце десодиации. Реакция на стресс во время десодиации почти отражает реакцию во время процесса содиации.Поскольку пленка Ge продолжает пластически деформироваться, измеренную историю напряжений на рис. 8а можно рассматривать как развивающийся предел текучести сплава Na x Ge в зависимости от концентрации натрия. Хотя реакция на напряжение a-Ge во время натяжения / десодиации, то есть на рис. 8а, качественно аналогична реакции a-Ge во время лития / делитиатона, величина напряжений значительно отличается. Подробное сравнение реакции Ge на напряжение из-за литирования и натрирования представлено ниже.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 8. Стресс-реакция пленки a-Ge как функция удельной емкости во время (а) циклического натрирования / десодиации и (б) циклического литиирования / делитирования в гальваностатических условиях, получено от Надимпалли и др. . 24

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    На рисунках 8a и 8b показано изменение напряжения в пленке a-Ge во время циклов гальваностатического натрирования / десодиации и литирования / делитирования соответственно.Плотность тока во время цикла содиации / десодиации и цикла литирования / делитирования Ge составляла 1 мкм А · см -2 и 5 мкм А · см -2 , соответственно. Обратите внимание, что изначально реакция на напряжение линейна с емкостью как во время натриевого, так и во время литирования, но пиковое сжимающее напряжение натриевого Ge немного ниже, чем у литированного Ge. Достигнув пика, напряжение продолжает уменьшаться во время натрирования, но в процессе литирования напряжение остается почти постоянным при -0.5 ГПа до окончания процесса литирования. В результате уровень напряжений в оксиде натрия всегда меньше, чем в оксиде лития. Следует отметить, что максимальное сжимающее напряжение из-за литиирования может достигать -1,1 ГПа 24 , что значительно выше, чем -0,56 ГПа, наблюдаемого в оксиде натрия. Это интересно, потому что Li, несмотря на то, что он является меньшим по размеру атомом по сравнению с Na, может вызывать пиковое напряжение, которое в два раза больше, чем то, что Na может вызвать при реакции с Ge.Более того, напряжение при любой концентрации в Li x Ge выше (как во время заряда / разряда), чем напряжения в Na x Ge. Тем не менее, больший размер атома натрия является одной из причин, по которым изменение объема из-за содиации составляет более 300%, что сравнимо с изменением объема, вызванным литированием, даже несмотря на то, что в сеть вставлен только один атом Na на каждый Ge. Другими словами, сетка Ge может вместить значительно больше атомов Li, чем атомов Na, при аналогичном изменении объема.Например, полное литиирование Ge приводит к образованию Li 15 Ge 4 , т. Е. 3,75 атома Li на атом Ge, но полное натрирование приводит к NaGe, т.е. только один атом Na на атом Ge в сети. 11,17,44 . Из-за низких значений напряжения при почти одинаковых значениях деформации (изменения объема) в оксиде натрия, как будет показано ниже, потери механического рассеяния, связанные с пластической деформацией электродов, относительно низкие в оксиде оксида натрия по сравнению с литиированным Ge.Следует отметить, что более низкие напряжения в электродах во время циклирования также могут уменьшить механическое повреждение, то есть растрескивание.

    Поскольку на эффективность батареи влияют напряжения электродов и связанная с ними пластическая деформация, полезно количественно оценить связанные с этим потери. Процедура на основе энергетического баланса, представленная Сетураманом и др. . 31 Код для оценки потерь из-за пластической деформации в электродах принят здесь для оценки потерь энергии во время натрирования / десодиации Ge.Энергетический баланс во время окисления можно записать как:

    Здесь — энергия, доступная в полуячейке, — это работа, совершаемая элементом на потенциостате, — это механическое рассеяние в Ge электроде из-за пластической деформации сжатия, а также сумма всех других диссипаций из-за различных поляризаций (т. е. переноса заряда, омической и транспортной). Рассчитывается как

    , где В, — потенциал ячейки, I — ток и t с . — полное время содиации.Рассчитано, что оно составляет 0,19 Дж. Потери энергии из-за механического рассеяния рассчитываются как

    , где A — общая площадь пленки, — стехиометрическое отношение Na к Ge в конце натрирования, и t f — толщина пленки. Было получено из измеренных данных объемной деформации, равное 0,50 и принятое равным 1. Интегрирование в уравнении. 7 проводилась в пластическом режиме (т.е. между т р время начала пластической деформации и т с — время окончания содиации) кривой зависимости напряжения от толщины.Расчетное значение для окисления a-Ge составляет

    Аналогичный энергетический баланс для процесса десодиации дает работу, выполняемую потенциостатом на ячейке, как

    Величины в этом уравнении такие же, как и раньше, за исключением верхнего индекса d , который обозначает десодиацию. Используя аналогичную процедуру, вычисленные и составляют 0,53 Дж и 0,07 Дж соответственно. Считая поляризационные потери одинаковыми во время содиации и десодиации и исключив из обоих формул.5 и 8, общая потеря энергии из-за поляризации за один полный цикл () получается равной 0,23 Дж. Аналогичный анализ баланса энергии данных по литиированному Ge Надимпалли и др. . , 24 показывает, что поляризационные потери в литированной полуячейке Ge составляют приблизительно 0,19 Дж, а потери на механическую диссипацию из-за литиирования и делитирования Ge составляют 0,34 Дж. Обратите внимание, что, несмотря на значительно низкую емкость (369 мАч г -1 Na x Ge против 1320 мАч g ( −1 Li x Ge), поляризационные потери за один полный цикл почти одинаковы для обоих случаев; это может быть связано с вялой кинетикой реакции окисления / десодиации.Однако вклад пластической деформации в общую потерю энергии в цикле составляет примерно 64% ​​в Li x Ge по сравнению только с примерно 32% в Na x Ge. Следовательно, несмотря на больший размер ионов, натриение Ge приводит к более низким электродным напряжениям и меньшим механическим потерям по сравнению с литированием.

    Объемное расширение и связанные с ним напряжения во время гальваностатического натрирования / десодиации аморфных тонкопленочных электродов были определены количественно. Как циклическая вольтамперометрия, так и гальваностатические измерения показали, что кинетика реакции является вялой и пленка a-Ge претерпевает необратимые изменения во время первого процесса оксидирования, но в последующем циклическом процессе не только улучшаются кинетика и колумбическая эффективность, но и становится отклик пленки. обратимый.Гальваностатическое натрирование a-Ge показывает длинный плоский потенциал 0,14 В по сравнению с Na / Na + во время первого натрирования, что указывает на возможную двухфазную реакцию, которая отсутствует при последующем циклировании. Эти наблюдения хорошо согласуются с литературными данными.

    Реакция зависимости толщины пленки a-Ge во время циклического натяжения / десодиации была измерена с использованием установки многолучевого оптического датчика (MOS). Было замечено, что реакция пленки во время первого сеанса (т.е.е., когда натрий прореагировал с первичной пленкой a-Ge) разительно отличается от реакции в последующих циклах, что согласуется с потенциальной реакцией пленки, то есть первое окисление первичного a-Ge приводит к необратимой реакции. Пленка Ge оставалась неповрежденной (т.е. без растрескивания и расслоения) в течение первых пяти циклов содиации / диссодиации, и реакция пленки из-за реакции содиации / десодиации изотропна.

    Объемные изменения пленки a-Ge из-за реакции натриения / десодиации измеряли с помощью АСМ, размещенного внутри перчаточного бокса с инертной аргоновой средой.Было отмечено, что поверхность электрода после реакции с натрием приобретает значительную шероховатость. Во время процесса натрирования чистая пленка a-Ge испытала объемное расширение на 239% к концу полного натрирования. При десодиации, то есть в конце первого цикла, пленка сжимается, но не возвращается к своей первоначальной толщине. Это согласуется с электрохимическими данными и данными по толщине напряжения. После второго процесса натрирования пленка претерпевает среднее изменение объема на 300%. Эти измерения толщины следует рассматривать как оценки первого порядка, поскольку влияние образования SEI не принималось во внимание.

    Напряжение, индуцированное в пленке Ge из-за натрий-ионизации, было получено с использованием данных об изменении кривизны и толщины в уравнении Стони. Было замечено, что реакция на стресс становится повторяемой после первого процесса содиации. Первоначально напряжение (сжимающее) увеличивается линейно с увеличением емкости во время натрирования и достигает пикового значения -0,56 ГПа при 100 мАч g -1 , а затем, после того, как реакция на напряжение становится нелинейной, и пленка продолжает пластически деформироваться, чтобы приспособиться к объему. расширение и напряжение уменьшаются до -0.18 ГПа в конце окисления. При десодиации пленка сначала упруго реагирует, а затем следует пластическая деформация, отражающая реакцию, наблюдаемую во время окисления, но с пиковым растягивающим напряжением 0,75 ГПа. Стресс-реакция Ge из-за натриевого соединения качественно аналогична той, что наблюдается во время литирования; тем не менее, величина напряжения из-за содиации была значительно меньше, чем из-за литиирования. Это интересно, потому что нелогично видеть, что более крупный ион, т.е.например, натрий индуцировал более низкое напряжение в Ge по сравнению с ионом лития. В результате механические диссипативные потери, связанные с натрием, значительно ниже по сравнению с диссипативными потерями, вызванными литиацией. Следовательно, от натриевого Ge можно ожидать лучших характеристик разрушения и лучших циклических характеристик, чем от литированного Ge.

    SN выражает благодарность за финансирование от Национального научного фонда в рамках грантов CMMI-1652409 и CMMI-2026717. Х. Х. благодарит за поддержку Национальный научный фонд в рамках гранта DMR-1742807 и ACS Petroleum Research Fund в рамках гранта 58557-ND5.

    Применение анода Ti / RuO2-SnO2-Sb2O5 для разложения реактивного красителя Black-5

    Авторы: Джайеш П. Рупарелия, Бхавна Д. Сони

    Аннотация:

    Электрохимическое окисление реактивного сажи-5 (RB-5) проводили для разложения с использованием электрода типа DSA Ti / RuO2-SnO2-Sb2O5. В исследовании для электроокисления электрод был изготовлен в лаборатории с использованием титана в качестве подложки.Эта подложка была покрыта оксидами различных металлов RuO2, Sb2O5 и SnO2 методом термического разложения. Лабораторный реактор периодического действия использовался для исследований разложения и обесцвечивания при pH 2, 7 и 11. Плотность тока (50 мА / см2) и расстояние между электродами (8 мм) поддерживались постоянными для всех экспериментов. В идентичных условиях удаление цвета, ХПК и ТОС при исходном pH 2 составляло 99,40%, 55% и 37% соответственно для начальной концентрации 100 мг / л RB-5. Морфология поверхности и состав изготовленных электродных покрытий были охарактеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) соответственно.Микроструктуру покрытия анализировали с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD). Результаты этого исследования также показали, что почти 90% окисления произошло в течение 5-10 минут.

    Ключевые слова: обесцвечивание, Электрохимическое окисление, РБ-краситель

    Цифровой идентификатор объекта (DOI): doi.org/10.5281/zenodo.1070603

    Процедуры APA BibTeX Чикаго EndNote Гарвард JSON ГНД РИС XML ISO 690 PDF Загрузок 2269

    Артикул:


    [1] M O Azzam, Y Tahboub, M. Al-Tarazi, «Влияние материала противоэлектрода на анодное разрушение 4-хл. Раствора фенола», Учреждение Инженеры-химики Транс, Часть B, Том-77, стр.219-226 1999.
    [2] С. Ким, Т. Х. Ким, К. Парк, Э. Б. Шин, «Электрохимическое окисление поливиниловый спирт с использованием анода RuO2 / Ti »Desalination, Vol-155, pp. 49-57, 2003.
    [3] Н. Мохан, Н. Баласубраманян, К. Ахмед Баша, «Электрохимический окисление текстильных сточных вод и их повторное использование », Journal of Hazardous Materials, Vol 147, pp. 644-651, 2007.
    [4] Д. Раджкумар, Б. Дж. Сонг, Дж. Г. Ким, «Электрохимическое разложение Reactive Blue 19 в хлоридной среде для очистки сточных вод крашения текстильных изделий с идентификацией промежуточных соединений «Красители и Пигменты, Том-72, с.1-7, 2007.
    [5] Э. Чатзисмеон, Н. П. Шекукулотакис, А. Коз, Н. Калогеракис, Д. Манцавинос, «Электрохимическая обработка текстильных красок и красильный цех». сточные воды «Журнал Опасных Материалов, Том-137, стр. 998-1007, 2006 г.
    [6] Б Ван, В Конг, Х. Ма, «Электрохимическая обработка бумажной фабрики. сточные воды с использованием трехмерных электродов с Ti / Co / SnO2-Sb2O5 анод »Журнал опасных материалов, Том-146, стр. 295-301, 2007.
    [7] А. М. Карлос, Б. Энрик, «Обеззараживание сточных вод, содержащих синтетические органические красители электрохимическими методами: общий обзор », Прикладной катализ B: Окружающая среда, Том 87 (3-4), стр.105-145, 2009.
    [8] М. З. Адриана, А. М. Карлос, Р. С. Джалма, «Применение электрохимических технология удаления нефтяных углеводородов из попутной воды с использованием анода типа ДСА при разных расходах », Топливо, Том-89 (2), С. 531-534, 2010.
    [9] Д. Раджкумар, К. Паланивелу, «Электрохимическая обработка промышленных сточные воды », Journal of Hazardous Materials, Vol-113 (1-3), pp.123- 129, 2004.
    [10] И Фэньюнь, С. Чен, И Чан, «Эффект анода из активированного углеродного волокна. структура и условия электролиза при электрохимической деструкции сточные воды красителей », Журнал Опасных Материалов, Том 157 (1), стр.79- 87, 2008.
    [11] Р. Коц, С. Штуки, Б. Карцер, «Электрохимическая очистка сточных вод. с использованием анодов с высоким перенапряжением, Часть I: Физические и электрохимические свойства анодов SnO2, Журнал прикладной электрохимии Том-21, С. 14-20, 1991.
    [12] Г. Чен, «Электрохимические технологии очистки сточных вод. Технология разделения и очистки », Том-38 (1), стр. 11-41, 2004 г.
    [13] C.Comninellis, G Chen, «Электрохимия для окружающей среды», New York Springer Science Business Media, LLC, 2010 г.
    [14] Y-Y Hou, J-M Hu, L Liu, J-Q Zhang, C-N Cao, «Эффект прокаливания. температура на электрокаталитическую активность электродов Ti / IrO2 в водные растворы метанола ”, Electrochimica Acta, Vol-51 (28), pp. 6258-6267, 2006.
    [15] А. Морено, К. Дэвид, Л. Кок, Эйджевел, Г. Гомес, П. Морковский, Дж. Р. Парга, Э. Петерсон, С. Гарсия, «Электрохимические реакции для электрокоагуляции. Использование железных электродов », Ind. Eng. Chem. Res. Том-48, С. 2275–2282, 2009.
    [16] И. Зонго, Дж. Леклерк, М. Х. Амаду, В. Джозеф, Ф. Лапик, «Удаление шестивалентного хрома из промышленных сточных вод методом электрокоагуляции », Технология разделения и очистки, Том-66 (1- 7), стр.159-166, 2009.
    [17] А. М. Гектор, Л. Дэвид, Дж. Кок, А. Г. Гомес, «Электрокоагуляция. механизм удаления ХПК », Разделение и очистка. Технологии, Том 56, стр.204-211, 2007.
    [18] КЛП С. Занта, Ар де Андраде, Дж. Ф. К. Бодтс, «Эрнандес Л. И., Карлос Д. Б., Моралес Р. Г. «Влияние анодного материала на электро коагуляция », Журнал химической инженерии, Vol- 148, pp.97-105, 2009.
    [19] КЛП С. Занта, Ар де Андраде, Дж. Ф. К. Бодтс, «Растворитель и носитель. влияние электролита на каталитическую активность Ti / RuO2 и Ti / IrO2 электроды: окисление изосафрола как модель зонда », Electrochimica. Acta, том 44 (19), стр.3333-3340, 1999.
    [20] C.C Hu, C -H. Ли, Т. К. Вен, «Выделение кислорода и гипохлорит. производство бинарных оксидов Ru-Pt », Journal of Applied Электрохимия », Том-26, с.72-82, 1996.
    [21] А. М. Полкаро, С. Пальмас, Ф. Ремольд, М. Мация, «О производительности Аноды Ti / SnO2 и Ti / PbO2 при электрохимической деструкции 2- хлорфенол для очистки сточных вод », Journal of Applied. Электрохимия. Том-29, 1999, с.147–151.
    [22] К. Комнинеллис, Верчези Г. П., Характеристика кислорода типа DSA. развивающиеся электроды: выбор покрытия, Journal of Applied Электрохимия, Том-21, с.335–345, 1991.
    [23] М. Серон-Ривера, М. М. Давила-Хименес, М. П. Элизальде-Гонсалес, «Деградация текстильных красок Basic Yellow 28 и Reactive Black 5 с использованием электродов из алмазов и металлических сплавов », Chemosphere, Vol- 55 (1) С. 1-10, 2004.
    [24] Дж. Янг, Й-Дж. Ли, Дж. Шин, Дж. В. Ян, «Анодное окисление 1,4-диоксана. на легированных бором алмазных электродах для очистки сточных вод »Журнал опасных материалов, Том 179 (1-3), стр. 762-768,2010.
    [25] X Zhu, J Ni, J Wei, X Xing, H Li, Y Jiang, «Увеличение размера анода BDD. система электрохимического окисления сточных вод, имитирующих фенол, в непрерывный режим »Журнал опасных материалов, Том-184 (1-3), стр.493-498,2010
    [26] Л. С. Андраде, Т. Т. Тассо, Д. Л. Силва, Р. Ч. Р. Филхо, Н. Бокки, С. Р. Бьяджо, «О характеристиках диоксида свинца и легированного бором алмазные электроды при анодном окислении смоделированных сточных вод содержащий краситель Reactive Orange 16 », Electrochimica Acta Vol-54 С. 2024–2030, 2009.
    [27] X Chen, G Chen, «Стабильные электроды Ti / RuO2 – Sb2O5 – SnO2 для O2. эволюция », Electrochimica Acta, Vol-50, pp. 4155–4159, 2005.
    [28] А де Оливейра-Соуза, М.А.С. да Силва, С.А.С. Мачадо, Л.A Avaca, P de Лима-Нето, “Влияние метода приготовления на морфологические и электрохимические свойства покрытых Ti / IrO2 электродов », Electrochimica Acta, Vol-45 (27), pp.4467-4473,2000.
    [29] Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA), American Water Works Ассоциация (AWWA) и Федерация водной среды (WEF): Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 21 Издание 2005 г.
    [30] BD Soni, JP Ruparelia «Исследования воздействия электродов на обеззараживание красителей из сточных вод », Journal of Environmental Исследования и разработки, Том 6, стр. 973-980, 2012 г.
    [31] М. Паницца, П. А. Мишо, Г. Серизола, С. Комнинеллис «Электрохимический очистка сточных вод, содержащих органические загрязнители, на легированных бором алмазные электроды: прогноз удельного расхода энергии и требуемая площадь электрода », Электрохимические коммуникации, Том-3, с.336-339, 2001.
    [32] И Лю, Л. Ли, Р. Гоэль, «Кинетическое исследование электролитического удаления аммиака. с использованием Ti / IrO2 в качестве анода в различных экспериментальных условиях », Журнал Опасных материалов, Том 167 (1-3), стр. 959-965, 2009.
    [33] З. Дональд, «Химическое травление, информационный бюллетень по вопросам качества», PACE Технологии, Том-2 (5), 2003.
    [34] Дж. Л. Фернандес, М. Р. Дж. Кьялво, А. К. Кьялво, «Кинетическое исследование реакция хлорного электрода на Ti / RuO2 через поляризацию устойчивость, результаты экспериментов по части 1 и анализ влияния pH », Electrochemica Acta, Том-47, стр.1129-1136, 2002.
    [35] И Такасу, К. Оохори, Н. Йошинага, В. Сугимото, «Экзамен реакции восстановления кислорода на оксидных покрытиях на основе RuO2, сформированных на титановых подложках »Catalysis Today, Vol-146 (1-2), pp. 248- 252,2009.
    [36] А. Х. Мендес-Мартинес, М. Мартин, Д. Хименес, О. Орнелас-Давила, П. Мария Э. Гонсалес, У Арройо-Абад, И. Сирес, Э. Бриллас, «Электрохимический пути восстановления и окисления красителя Reactive Black 5 с использованием никеля электроды в разделенных и неразделенных ячейках »Electrochimica Acta, Vol- 59, стр.140-149,2012.
    [37] X Chen, G Chen, L P Yue, Стабильный анод Ti / IrOx – Sb2O5 – SnO2 для O2 эволюция с низким содержанием Ir, Журнал физической химии B, Vol- 105, стр. 4623-4628, 2001.
    [38] S Chen, Y Zheng, S Wang, X Chen, Ti / RuO2 – Sb2O5 – SnO2 электроды для выделения хлора из морской воды, Chemical Engineering Journal, Том 172 (1), стр. 47-51, 2011.

    исследователей изучают передовой опыт применения кохлеарных имплантатов

    Кохлеарные имплантаты

    с электродами, сконструированными без проволоки, работают лучше, чем имплантаты с проволокой, для долгосрочного сохранения слуха, сообщил исследователь Mount Sinai в своем первом в своем роде исследовании.Исследование также показало, что лучший хирургический подход к процедурам кохлеарной имплантации не предполагает сверление кости вокруг уха. Результаты, опубликованные в онлайн-издании Laryngoscope от 23 июня 2017 года, могут изменить подход врачей к процедурам кохлеарной имплантации, чтобы дать пациентам наилучшие возможные результаты.

    Кохлеарные имплантаты помогают сохранить слух пациентам с нервной глухотой, которым слуховые аппараты не подходят. Их хирургическим путем помещают во внутреннее ухо, чтобы преобразовать звуковые волны в электрические сигналы, которые стимулируют слуховой нерв для обеспечения слуха.

    «Это крупнейшее клиническое исследование, проведенное в мире с использованием обычных электродов, и оно будет иметь серьезные последствия для врачей и их пациентов, которым необходимо долгосрочное восстановление слуха», — сказал ведущий исследователь исследования Джордж Ванна, доктор медицины, заведующий отделением. отоларингологии — хирургии головы и шеи в Нью-Йоркском офтальмологическом и ушном госпитале на горе Синай (NYEE) и на горе Синай Бет Исраэль; Заведующий отделением отологии-невротологии и директор Центра слуха и баланса и института уха в системе здравоохранения Mount Sinai.«Это исследование является прорывом для пациентов с потерей слуха, и улучшения в практике и методах позволят им пользоваться многими преимуществами слуха, такими как наслаждение музыкой, прослушивание в сложных условиях и локализация звука».

    Доктор Ванна и группа исследователей из Университета Вандербильта обследовали около 230 пациентов с каждым типом кохлеарного имплантата, включая три имплантата, одобренных FDA, в которых используются разные типы электродов для стимуляции слухового нерва. Они обнаружили, что электроды без проволоки (так называемые электроды с боковой стенкой) лучше всего поддерживают остаточный слух во внутреннем ухе по сравнению с электродами из проволоки.В частности, электроды без проволоки были менее травматичными, вызывали меньше травм и сводили к минимуму переломы внутри внутреннего уха. Исследование показало, что фактическая марка электрода не имела значения; наличие или отсутствие провода было единственным отличительным фактором.

    Доктор Ванна и исследователи также изучили влияние двух основных хирургических подходов, используемых для введения электродов во внутреннее ухо: «круглого окна» (когда хирурги открывают мембрану без удаления кости или сверления во внутреннем ухе) и «кохлеостомия». «(что требует сверления кости, чтобы попасть внутрь внутреннего уха).Они сообщили, что пациенты, которые использовали метод круглого окна, имели гораздо больше шансов сохранить остаточный слух в долгосрочной перспективе.

    «Кохлеостомия вызывает фиброз и рубцевание, что со временем приводит к потере слуха», — сказал д-р Ванна. «Наши результаты также показали, что оральные стероиды также помогли в долгосрочной перспективе сохранить слух, предотвратив воспаление».

    «Мы надеемся, что полученные данные помогут хирургам выбрать лучшие имплантаты и подходы для своих пациентов», — сказал д-р.Хочу. «Это захватывающее время в этой области, и развитие слуховых технологий и постоянное совершенствование методов и результатов принесут пользу пациентам и их семьям».

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *