Name: a protocol for electrochemical evaluations and state of charge diagnostics of a symmetric organic redox flow battery
Uploaded: 2017-02-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Electrochemical Evaluations and State of Charge Diagnostics of a Symmetric Organic Redox Flow Battery at JoVE.com

이 작품은 재정적으로 에너지 저장 연구 공동 센터 (JCESR), 에너지, 과학의 사무실, 기초 에너지 과학의 미 교육부 재정 지원 &#39;에너지 혁신 허브에 의해 지원되었다. 저자는 원래이 연구 (게시 재료 화학 A (화학 저널의 왕립 학회)의 저널을 인정 <a href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta01177b">http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta01177b을</a> ). PNNL 계약 DE-AC05-76RL01830 하에서 DOE위한 바텔 의해 운영되는 다중 프로그램 국립 연구소이다.

모든 용액 제제, 순환 전압 전류 (CV) 실험을 셀 어셈블리와 테스트는 1ppm 미만의 물 및 O 2 레벨 아르곤 충진 글로브 박스에서 수행 하였다 흐름 참고. PTIO 흐름 세포의 1. 전기 평가 <ol><li> CV 테스트 <ol><li> 탈 이온수로 세척하여 0.05 ㎛의 감마 알루미나 분말 유리상 탄소 전극을 연마 밤새 실온에서 진공을에 넣고, 글로브 박스에 옮긴다. </li><li> 즉을 MeCN (5 mL)을 글로브 박스에, 실버 나이트 레이트 (8.5 mg)을 녹이고, 10 mM의 3을 AGNO. 실버 / 질산은 기준 전극의 유리관에 용액을 첨가. </li><li> 유리상 탄소 작동 전극을 조립 흑연 스트립 대극 펠트, 및 25 mL의 3 구 플라스크에 배 모양의은 / 질산은 기준 전극. </li><li> PTIO (52 mg) 및 테트라 부틸 암모늄 hexaf을 녹여즉을 MeCN (1.10 g)에 luorophosphate (TBAPF 6, 0.87 g), 0.1 M PTIO / 1.0 M TBAPF 6. 세 개의 전극의 끝 잠수함하는 플라스크에 솔루션을 추가합니다. </li><li> 전기 워크 스테이션에 전극을 연결합니다. 100 mV / s의 주사 속도 -1.75-0.75 V의 전압 범위에서 CV 곡선을 측정한다. 두 레 독스 쌍 사이의 전위 차이에 의해 PTIO 흐름 전지의 이론적 셀 전압을 결정한다. 주 : Ag / Ag + 기준 전극 구성이 본질적으로 의사 - 기준 전극 인 것을 주목해야한다. 그 결과, 산화 환원 피크가 장기 CV 측정시 이동 것이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 이동은 통상적으로 산화 환원 쌍 사이의 전압 차이에 부주의 영향력을 가지며, 상기 셀 전압 값에 영향을 미치지 않을 것이다. </li></ol></li><li> 셀 조립 흐름 <ol><li> 면도날을 사용하여 1 × 10cm (2)의 영역에 흑연 펠트를 잘라. 마찬가지로, 다공성 9월를 잘라3 × 12cm 2의 영역에 arator. </li><li> 밤새 70 ℃에서 진공 오븐에서 유동 배터리 부 (셀 구획 튜빙 5 ㎖ 유리 튜브, 흑연 펠트, 다공성 분리기)를 건조 글러브 박스로 이동하고, 환경 온도까지 냉각. </li><li> 단부 판, 동판 집, 하프 셀의 순서로 플로우 셀의 부품을 조립하는 흑연 가스켓 다공성 분리막 펠트 흑연은 반쪽 전지, 구리판 집전 장치, 및 펠트 엔드 플레이트. 토크 렌치 125 인치 파운드의 프리 세트를 이용하여 상기 두 단부 판에 대해 여덟 나사 볼트로 고정 조립체. 흐름 셀에 전해질 흐름 호스를 연결합니다. 셀 어셈블리는도 1에 도시되어있다. </li></ol></li><li> 대칭 전기 화학의 데모 <ol><li> 1.2 절에 따라 유동 셀을 조립합니다. 고무 장갑에 PTIO (10 ㎎)을 MeCN와 TBAPF 6 (3.3 g) (4.4 g)을 녹이고전자 상자, 즉, 5.0 mM의 PTIO / 1.0 M TBAPF 6. 두 개의 유리 병의 각 솔루션의 4 ML을 추가합니다. 20 ㎖ / 분의 유속으로 연동 펌프를 사용하여 흐르도록 전해질 펌프. </li><li> 배터리 테스터 플로우 셀의 양극 및 음극 집 전체를 연결한다. 전압까지 5mA / ㎠의 정전류 밀도로 플로우 셀 충전 1.9 V.는 충전 정지 이르렀다. 유리 병에 전해질을 펌프. </li><li> 별도의 유리 병에 1 mL의 부정적인 전해질 1 mL의 긍정적 인 전해질을 섞는다. 원래, 긍정적 인 음과 혼합 : 이제 네 전해질이 있습니다. </li><li> 위의 네 가지 전해질의 전자 스핀 공명 (ESR) 스펙트럼을 측정한다. (25) <ol><li> 튜브를 밀봉으로 양단 소량 PTFE 튜브의 양 및 음의 (~ 10 μL) (1/16 &quot;OD와 1/32&quot;ID)를 밀봉 한 다음, (석영 ESR 튜브 (4)를 밀봉 mm 직경). </li><li> 마이크로 웨이브 주파수 ~ 9.85 GHz의 (X 밴드)와 함께 SHQE 공진기가 장착 ESR 분석기로 ESR 튜브를 탑재합니다. </li><li> 1.3.3 절에서 4 개의 전해질의 ESR 스펙트럼을 수집합니다. </li></ol></li></ol></li><li> 흐름 전지 테스트 <ol><li> 1.2 절 다음 플로우 셀을 조립합니다. </li><li> 즉 PTIO (1.05 g) 및 글러브 박스에서을 MeCN와 TBAPF 6 (3.50 g) (3.60 g), 0.5 M PTIO / 1.0 M TBAPF 6 녹인다. 각 유리 병에 용액 4 mL를 넣고. / 분 20 ㎖에 전해질 흐름. </li><li> 전기 화학 워크 스테이션 플로우 셀의 양극 및 음극 집 전체를 연결한다. 개방 회로 전위에서 100 kHz에서 Hz에서 1까지의 주파수 범위에서의 플로우 셀의 임피던스를 측정한다. 플로우 셀의 활성 면적 옴 저항 (고주파 임피던스)를 곱하여 면적 비저항 (ASR)을 계산한다. </li><li> 양극과 음극 전류 COL 연결배터리 테스터의 플로우 셀의 lectors. 0.8 및 2.2 V의 전압 단절 및 20mA의 cm의 정전류 -2 배터리 작동 소프트웨어를 설치합니다. 반복 충전 /를 PTIO 흐름 전지를 방전 시키십시오. </li></ol></li></ol> 2. FTIR 기반 SOC 결정 <ol><li> FTIR의 타당성 검증 <ol><li> 글러브 박스에서 다음 세 가지 전해질 용액을 제조한다 : (a)을 MeCN (0.50 g); 예를 MeCN (0.30 g)와 (b) TBAPF 6 (0.23 g), 1.0 M TBAPF 6; (다) PTIO (75 ㎎), 즉을 MeCN (0.26 g)와 TBAPF 6 (0.25 g), 0.5 M PTIO / 1.0 M TBAPF 6. </li><li> 세 가지 전해질 용액에 대한 FTIR을 측정합니다. <ol><li> KBr을 창문 밀봉 FTIR 셀 0.2 mm의 경로 길이의 각 용액의 소량 (~ 0.05 ml)에 추가한다. FTIR 셀을 밀봉합니다. </li><li> 저장 용기에 FTIR 셀을 넣고 글로브 박스 밖으로 전송합니다. </li><li> 빠르게 MOU 체결분광기로 FTIR 셀을 NT 및 FTIR 스펙트럼을 수집합니다. </li></ol></li><li> 1.2 절 다음 플로우 셀을 조립합니다. </li><li> 즉 PTIO (1.05 g) 및 글러브 박스에서을 MeCN와 TBAPF 6 (3.50 g) (3.60 g), 0.5 M PTIO / 1.0 M TBAPF 6 녹인다. 각 유리 병에 용액 4 mL를 넣고. / 분 20 ㎖에 전해질 흐름. </li><li> 전압이 2.2 (V)는 충전 펌프를 중지 될 때까지 어느 정도의 플로우 셀을 부과. </li><li> 섹션 2.1.2의 절차에 따라 각각 양극 및 음극 전해질 모두에 대한 FTIR 스펙트럼을 측정한다. </li><li> 표 1의 조성물로 글로브 박스 내에서 MeCN 중 1.0 M TBAPF 6 PTIO 용액 (0.05 ~ 0.5 M)의 시리즈를 준비한다. </li><li> 섹션 2.1.2의 절차에 따라, 섹션 2.1.6에서의 용액의 각각에 대한 FTIR 스펙트럼을 측정한다. </li></ol></li><li> SOC의 FTIR 측정 <ol><li> FO 흐름 셀을 조립llowing 섹션 1.2. </li><li> PTIO (2.9 g) 및 예을 MeCN (9.8 g) 글러브 박스에 함께 TBAPF 6 (9.6 g), 0.5 M PTIO / 1.0 M TBAPF 6 녹인다. 두 개의 유리 병에 각각 용액의 11 mL를 넣고. / 분 20 ㎖에 전해질 흐름. </li><li> 20 ㎖ / 분의 유속에서 10mA / ㎠의 정전류로 플로우 셀 충전. </li><li> 0, 18, 36, 54, 72 분의 충전시에, 셀의 충전 및 전해질 유동을 중지 양극 및 음극 측 유리 바이알에서 전해질 작은 분취 량 (0.2 ml)로 촬영 한 다음 셀을 재개. </li><li> 섹션 2.1.2의 절차에 따라, 전술 한 다섯 시료 분취 액에 대한 FTIR 스펙트럼을 측정한다. </li><li> 섹션 1.3.4의 절차에 따라, 전술 한 다섯 시료 분취위한 ESR 스펙트럼을 측정한다. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

우리는 이전에 입증 된 바와 같이, 25 FTIR 비 침습적 PTIO 흐름 배터리의 SOC를 검출 할 수있다. 진단 도구로서 FTIR 때문에 쉬운 접근성, 빠른 응답 속도, 낮은 비용, 작은 공간이 요구 온라인 혼입없이 검출기 채도 및 유동 배터리 동작 동안에 분자 진화를 조사 구조 정보를 상관하는 능력을위한 설비에 특히 유리하다. 도 3E는 안전 작업에 대한 실시간 모니터링 SOC 가능 ?...

산화 환원는 외부 저장소에 포함되어 전기 화학 반응을 완료하기 위해 내부 전극으로 펌핑되는 액체 전해질에 배터리를 저장하는 에너지 흐름. 저장된 에너지와 전력 따라서 뛰어난 설계 유연성, 확장 성 및 모듈 선도 분리 할 수 ​​있습니다. 이러한 장점은 그리드 자산 활용 및 효율성을 증가, 에너지 복원력과 보안을 개선, 깨끗한 아직 간헐적 신 재생 에너지 통합을위한 고정 에너지 저장 애플리케이션에 적합 흐름 배터리를 확인합니다. 1, 2, 3, 전통적인 수성 흐름 전지는 물의 전기 분해를 방지하기 때문에 주로 좁은 전압 윈도우에 한정된 에너지 밀도 겪는다. 4, 5, 6, 7, 8, 반대로, 비 aque흐름 전지 기반의 OU 전해질 폭넓게 높은 전지 전압과 높은 에너지 밀도를 달성하기위한 잠재 성을 추구하고있다. 이러한 노력 9, 10, 유동 배터리 화학 다양한 금속 배위 화합물, 11, 12은 모두 유기, 13, 14, 산화 환원 활성 폴리머 (15)와, 리튬 복합 유동 시스템을 포함하여, 검토되고있다. 16, 17, 18, 19 그러나, 비 수성 흐름 전지의 전위가 아직 완전히 인해 유동 배터리 관련 조건 하에서 한정된 시연의 주요 기술적 병목 입증되어야한다. 이는 병목 밀접 성능 제한 요소의 수와 관련된다. 먼저,대부분의 전기 활성 물질의 용해도가 작은 비수 유동 세포에 의해 낮은 에너지 밀도를 전달 리드. 둘째, 비 수성 흐름 전지의 속도 기능은 크게 관련 독스 농도에서 높은 전해질 점도 저항에 의해 제한된다. 세 번째 요소는 고성능 멤브레인의 부족이다. 피온 세라믹 막은, 비수 전해질 낮은 이온 전도도를 나타낸다. 다공성 분리기 때문에 비교적 큰 공경 상당한 자기 방전을 흉 플로우 셀 성능을 입증하지만 고생했다. (14) (20) 일반적으로, 양극과 음극의 산화 환원 물질을 모두 포함하는 혼합 반응물 전해질 (1 : 1 비율) 그러나 일반적으로 절반 유효 독스 농도를 희생 산화 환원 물질 크로스 오버를 감소시키기 위해 사용된다. 상기 병목 현상을 극복 (14), (21)는 이잖아요 개선이 필요IALS 발견 전지 화학 설계 및 플로우 셀 아키텍처는 배터리 관련 사이클을 달성한다. 배터리 상태 모니터링은 안정적인 운영을위한 본질적으로 중요하다. 오프 정상 배터리 성능, 심지어 배터리 고장으로 피해가 발생할 수 있습니다 과충전, 가스 방출 및 재료의 열화를 포함하여 조건. 특히 배터리 물질을 다량 포함하는 대규모 흐름 전지를 들어, 이들 인자는 심각한 안전 문제 및 투자 손실을 일으킬 수있다. 충전 또는 유동 전지의 방전의 깊이를 설명 충전 (SOC)의 상태가 중요한 배터리 상태 파라미터들 중 하나이다. 그들이 위협하는 수준에 도달하기 전에 적시 SOC 모니터링은 잠재적 인 위험을 감지 할 수 있습니다. 그러나,이 영역은 특히 비수 흐름 전지에서 원경 아래에서 어드레싱 될 것으로 보인다. 자외선 - 가시 광선 (UV-힘) 분광법 및 전해질 전도도 측정이 수성 흐름 축전지에서 평가 된 같은 Spectrophotoscopic 방법<html> SOC 결정을위한 공예. 22, 23, 24 우리는 최근 새로운 양극성 산화 환원 물질에 기초한 신규 한 대칭 비수 흐름 전지 설계를 도입 한 2- 페닐 4,4,5,5- tetramethylimidazoline -1- 옥실 -3- 옥사이드 (PTIO). 흐름 (25)이 전지는 비수 흐름 전지의 상술 한 과제를 해결하기위한 가능성을 보유하고있다. 먼저 PTIO는 높은 에너지 밀도를 사용하도록 약속하고 아세토 니트릴 배터리 용매 (MeCN 중)에서 높은 용해도 (2.6 M)를 갖는다. 둘째, PTIO 적당히 자체 대칭 화학 전지를 형성 할 수있다, 따라서 분리 된 두 개의 가역적 산화 환원 쌍을 나타낸다. 우리는 또한 FTIR 스펙트럼에서 구별 PTIO 피크가 ESR 결과가 교차 검증 같이, SOC의 측정을 광학적으로 인도하는 유동 셀 내의 미 반응 PTIO의 농도와 상관 될 수 있음을 증명하고있다.아가씨 = &quot;외부 참조&quot;&gt; (26)는 여기에서 우리는 전기 화학적 평가하고 PTIO 대칭 흐름 전지의 FTIR 기반 SOC 진단을위한 절차를 자세히 설명하는 프로토콜을 제시한다. 이 작업은 특히 실제 그리드 애플리케이션에 장기 흐름 전지 작동시의 안전성과 신뢰성을 유지하는데 더 많은 통계를 트리거 할 것으로 예상된다.

<table><tbody><tr><td>PTIO</td><td>TCI America</td><td>A5440</td><td>&gt;98.0%</td></tr><tr><td>Tetrabutylammonium hexafluorophosphate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>86879</td><td>electrochemical grade, &amp;ge;99.0%</td></tr><tr><td>MeCN</td><td>BASF</td><td>50325685</td><td>Battery grade</td></tr><tr><td>Silver nitrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>204390</td><td>99.9999% trace metals basis</td></tr><tr><td>Gamma alumina powder</td><td>CH Instruments</td><td>CHI120</td><td></td></tr><tr><td>Graphite felt</td><td>SGL</td><td>GFD3</td><td>Vacuum-dry at 70 &amp;deg;C for 24 h</td></tr><tr><td>Porous separator</td><td>Daramic</td><td>AA800</td><td>Vacuum-dry at 70 &amp;deg;C for 24 h</td></tr><tr><td>Battery Tester</td><td>Wuhan LAND electronics Co., Ltd.</td><td>Lanhe</td><td>1 A current range</td></tr><tr><td>Electrochemical Workstation</td><td>Solartron Analytical</td><td>ModuLab</td><td></td></tr><tr><td>glove box</td><td>MBRAUN</td><td>Labmaster SP</td><td>oxygen and water levels &amp;lt;1 ppm</td></tr><tr><td>ESR spectrometer</td><td>Bruker&amp;nbsp;</td><td>Elexsys 580&amp;nbsp;</td><td>Equipped with an SHQE resonator with microwave frequency ~9.85 GHz (X band) at 2 mW power, with 100 kHz field modulation</td></tr></tbody></table>

a protocol for electrochemical evaluations and state of charge diagnostics of a symmetric organic redox flow battery

레 독스 흐름 전지는 신 재생 에너지 기술 전력망 및 배포의 신뢰성을 향상시키기위한 가장 유망한 고정식 에너지 ​​저장 솔루션의 하나로 간주되고있다. 많은 유동 화학 전지 중에서, 비수 흐름 배터리 때문에 비수 전해질 좁은 전압 윈도우의 고 에너지 밀도를 달성 할 수있는 잠재력을 가지고있다. 그러나, 중요한 기술적 장애물은 이들 제한을 해결하기위한 시도 등이 낮은 산화 환원 농도, 낮은 동작 전류 언더 탐구 배터리 상태 모니터링로서의 잠재력을 보여 비수 흐름 전지 제한 존재 우리는 최근에보고했다 높은 가용성, 산화 환원 활성 유기 nitronyl의 질산화물 라디칼 화합물에 대하여 비수 흐름 전지, 2- 페닐 4,4,5,5- tetramethylimidazoline -1- 옥실 -3- 옥사이드 (PTIO). 이 산화 환원 물질은 모두 애노드 액 역할을 할 수 따라서 양극성 전기 화학적 특성을 전시하고,E 및 음극 산화 환원 물질은 대칭 유동 화학 전지를 형성한다. 또한, 우리는 푸리에 PTIO 흐름 전지 사이클링 동안 PTIO 농도를 측정 할 수있는 적외선 (FTIR) 분광기를 변환 및 전자 스핀 공명 (ESR) 측정에 의해 교차 - 검증으로, 전하 (SOC)의 배터리 상태를 합리적으로 정확한 검출을 제공하는 것을 증명 . 여기서 우리는 PTIO 대칭 유동 가능한 전지의 전기 화학적 평가 SOC 진단 영상 프로토콜을 제시한다. 상세한 설명과 함께, 우리는 실험적으로 이러한 목적을 달성하는 경로를 보여 주었다. 이 프로토콜은 비수 독스 흐름 전지 분야의 안전성 및 신뢰성에 대한 관심사와 통계를 촉발하는 것을 목적으로한다.

대칭 PTIO 흐름 전지 시스템의 독특한 장점은 매우 PTIO, 유기 질산화물 라디칼 화합물의 전기 화학적 특성에 기인한다. (도 2a) - PTIO는 PTIO + 및 PTIO을 형성하는 전기 불균등 화 반응을 겪을 수있다. 이 두 레 독스 쌍은 적당히 ~의 전압 차이에 의해 분리된다 1.7 V (도 2b)과 대칭 전지 화학 양 양극 액 및 음극 액의 산화 환원 물질로서 사...

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A Protocol for Electrochemical Evaluations and State of Charge Diagnostics of a Symmetric Organic Redox Flow Battery

우리는 전기 대칭 비 수성 유기 독스 흐름 전지 평가 및 FTIR을 사용하여 충전 상태를 진단하기위한 프로토콜을 제시한다.

전기 평가 및 대칭 유기 산화 환원 흐름 배터리의 충전 진단의 상태에 대한 프로토콜

Redox flow batteries have been considered as one of the most promising stationary energy storage solutions for improving the reliability of the power grid ...

a-protocol-for-electrochemical-evaluations-state-charge-diagnostics

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.4K 조회수.  Joint Center for Energy Storage Research (JCESR).  우리는 전기 대칭 비 수성 유기 독스 흐름 전지 평가 및 FTIR을 사용하여 충전 상태를 진단하기위한 프로토콜을 제시한다. 

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Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성<sub&gt; 2</sub&gt; 배터리

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

연구

공학

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). In the case of fast reversible electrochemical processes, current is predominantly affected by the rate of diffusion, which is the slowest and limiting stage. EIS is a powerful technique that allows separate analysis of stages of charge transfer that have different AC frequency response. The capability of the method was used to extract the value of charge transfer resistance, which characterizes the rate of charge exchange on the electrode-solution interface. The application of this technique is broad, from biochemistry up to organic electronics. In this work, we are presenting the method of analysis of organic compounds for optoelectronic applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of species that undergo reversible oxidation or reduction in solution was used for determination of rate constants of oxidation or reduction.

전기 화학 임피던스 분 광 전기 화학 속도 상수 추정을 위한 도구로

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

화학

Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance (EPR) or ultraviolet-visible and near-infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopies, we obtain useful information such as electron affinity, ionization potential, band-gap energies, the type of charge carriers, and degradation information that can be used to synthesize stable organic electronic devices. In this study, we present electrochemical and spectroelectrochemical methods to analyze the processes occurring in active layers of an organic device as well as the generated charge carriers.

In this article, we describe electrochemical, electron paramagnetic resonance, and ultraviolet-visible and near-infrared spectroelectrochemical methods to analyze organic compounds for application in organic electronics.

사용 하 여 순환 Voltammetry, UV-Vi-NIR, EPR Spectroelectrochemistry 유기 화합물 분석

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

원래의 Lithiated 참조 전극: 4 개의 전극 디자인-operando 임피던스 분광학에 대 한

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

3 전극 동전 전지 준비 및 Electrodeposition 리튬-이온 배터리에 대 한 분석

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

Extending the Lifespan of Soluble Lead Flow Batteries with a Sodium Acetate Additive

In this report, we present a method for the construction of a soluble lead flow battery (SLFB) with an extended cycle life. By supplying an adequate amount of sodium acetate (NaOAc) to the electrolyte, a cycle life extension of over 50% is demonstrated for SLFBs via long-term galvanostatic charge/discharge experiments. A higher quality of the PbO2 electrodeposit at the positive electrode is quantitatively validated for NaOAc-added electrolyte by throwing index (TI) measurements. Images acquired by scanning electron microscopy (SEM) also exhibit more integrated PbO2 surface morphology when the SLFB is operated with the NaOAc-added electrolyte. This work indicates that electrolyte modification can be a plausible route to economically enable SLFBs for large-scale energy storage.

A protocol for the construction of a soluble lead flow battery with an extended lifespan, in which sodium acetate is supplied in the methanesulfonic electrolyte as an additive, is presented.

나트륨 아세테이트 첨가제와 함께 수용 성 리드 흐름 배터리의 수명 연장

In this report, we present a method for the construction of a soluble lead flow battery (SLFB) with an extended cycle life. By supplying an adequate ...

Evaluating the Electrochemical Properties of Supercapacitors using the Three-Electrode System

The three-electrode system is a basic and general analytical platform for investigating the electrochemical performance and characteristics of energy storage systems at the material level. Supercapacitors are one of the most important emergent energy storage systems developed in the past decade. Here, the electrochemical performance of a supercapacitor was evaluated using a three-electrode system with a potentiostat device. The three-electrode system consisted of a working electrode (WE), reference electrode (RE), and counter electrode (CE). The WE is the electrode where the potential is controlled and the current is measured, and it is the target of research. The RE acts as a reference for measuring and controlling the potential of the system, and the CE is used to complete the closed circuit to enable electrochemical measurements. This system provides accurate analytical results for evaluating electrochemical parameters such as the specific capacitance, stability, and impedance through cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Several experimental design protocols are proposed by controlling the parameter values of the sequence when using a three-electrode system with a potentiostat device to evaluate the electrochemical performance of supercapacitors. Through these protocols, the researcher can set up a three-electrode system to obtain reasonable electrochemical results for assessing the performance of supercapacitors.

The protocol describes the evaluation of various electrochemical properties of supercapacitors using a three-electrode system with a potentiostat device.

The three-electrode system is a basic and general analytical platform for investigating the electrochemical performance and characteristics of energy ...

Redox-Active MOF의 자기 측정 특성 분석 Solid-State Electrochemistry

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs show outstanding performance in terms of gravimetric or areal capacitance and cyclic stability, unfortunately their electrochemical mechanisms are not well understood in most cases. Traditional spectroscopic techniques, such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption fine structure (XAFS), have only provided vague and qualitative information about valence changes of certain elements, and the mechanisms proposed based on such information are often highly disputable. In this article, we report a series of standardized methods, including the fabrication of solid-state electrochemical cells, electrochemistry measurements, the disassembly of cells, the collection of MOF electrochemical intermediates, and physical measurements of the intermediates under the protection of inert gases. By using these methods for quantitatively clarifying the electronic and spin state evolution within a single electrochemical step of redox-active MOFs, one can provide clear insight into the nature of electrochemical energy storage mechanisms not only for MOFs, but also for all other materials with strongly correlated electronic structures.

저자 스포트라이트: Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks  

Ex situ magnetic surveys can directly provide bulk and local information on a magnetic electrode to reveal its charge storage mechanism step by step. Herein, electron spin resonance (ESR) and magnetic susceptibility are demonstrated to monitor the evaluation of paramagnetic species and their concentration in a redox-active metal-organic framework (MOF).

산화 환원 활성 금속-유기 프레임워크의 고체 전기화학에서 중간체의 자기 측정 특성 분석

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs ...

전기 평가 및 대칭 유기 산화 환원 흐름 배터리의 충전 진단의 상태에 대한 프로토콜

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비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성

전기 화학 임피던스 분 광 전기 화학 속도 상수 추정을 위한 도구로

사용 하 여 순환 Voltammetry, UV-Vi-NIR, EPR Spectroelectrochemistry 유기 화합물 분석

원래의 Lithiated 참조 전극: 4 개의 전극 디자인-operando 임피던스 분광학에 대 한

3 전극 동전 전지 준비 및 Electrodeposition 리튬-이온 배터리에 대 한 분석

나트륨 아세테이트 첨가제와 함께 수용 성 리드 흐름 배터리의 수명 연장

Evaluating the Electrochemical Properties of Supercapacitors using the Three-Electrode System

산화 환원 활성 금속-유기 프레임워크의 고체 전기화학에서 중간체의 자기 측정 특성 분석

산화 환원 활성 금속-유기 프레임워크의 고체 전기화학에서 중간체의 자기 측정 특성 분석

산화 환원 활성 금속-유기 프레임워크의 고체 전기화학에서 중간체의 자기 측정 특성 분석