Razvoj rentgenske emisijske spektroskopije za laboratorijsko karakterizacijo litij-žveplovih baterij naslednje generacije

Rentgenska emisijska spektroskopija (XES), ki temelji na sevalnih prehodih iz zasedenih valenčnih elektronskih stanj, omogoča preučevanje lokalne elektronske zgradbe in kemijske vezave atomov v različnih razsežnih materialih. Medtem ko se spektroskopija XES v spektralnem področju trde rentgenske svetlobe intenzivno uporablja na sinhrotronih, je področje nežne rentgenske svetlobe bistveno manj raziskano zaradi številnih tehničnih omejitev. Z uporabo ustreznega spektrometra v kombinaciji z laboratorijskim virom ionizirajočega sevanja, spektroskopija XES načeloma omogoča preučevanje lokalne elektronske zgradbe razsežnih materialov (v trdni in tekoči obliki) z energijami emisijskih črt v spektralnem področju nežne rentgenske svetlobe. S tem spektroskopija XES analizo prinaša s sinhrotronov tudi v manjše laboratorije in potencialno tudi v industrijske laboratorije. V predlaganem projektu bomo poskusili razviti in uveljaviti spektroskopijo XES kot analitično orodje za laboratorijsko analizo kemijskega stanja žvepla v katodah baterij kovina-žveplo, ki omogočajo izredno visoko energijsko gostoto.

 
Baterije, ki temeljijo na uporabi katode iz žvepla, teoretično omogočajo povečanje energijske gostote za velikostni red v primerjavi z litij ionskim baterijami in so zato eden izmed najbolj obetavnih sistemov za aplikacije, ki zahtevajo veliko energijsko gostoto. Da bi dosegli kapacitete, ki so potrebne za komercialno uporabo, je potrebno izboljšati osnovno razumevanje mehanizma elektrokemijske pretvorbe žvepla. Bistveno vlogo pri tem igrajo analitske tehnike, ki omogočajo nedestruktivno analizo katodnih materialov med delovanjem baterije (metode operando). Trenutno se pri karakterizaciji elektrokemijskih procesov v žveplovi katodi najbolj pogosto uporablja rentgenska absorpcijska spektroskopija z uporabo sinhrotronske svetlobe. Omejen dostop do velikih eksperimentalnih naprav, predstavlja ozko grlo za bolj rutinsko analizo elektrokemijske pretvorbe žvepla. V predlaganem projektu bomo razvili laboratorijsko analitsko metodo in jo uporabili za karakterizacijo elektrokemijske pretvorbe žvepla v nekaterih novih tipih baterij kovina-žveplo, ki omogočajo povečanje energijske gostote in kapacitete.