V disertaciji predstavljam razvoj in uporabo naprednih rentgenskih spektroskopskih metod za preučevanje strukturnih in kemijskih sprememb v novi generaciji baterijskih sistemov. Osredotočila sem se na razvoj in uporabo spektroskopij foton-noter/foton-ven, in sicer predvsem na rentgensko Ramansko sipanje (XRS) in laboratorijsko rentgensko emisijsko spektroskopijo (XES), ki presežeta nekatere omejitve konvencionalne rentgenske absorpcijske spektroskopije. XRS je neresonančno neelastično sipanje fotona, ki odpravlja omejitev majhne vdorne globine rentgenskih žarkov z energijo v območju mehke rentgenske svetlobe in omogoča analizo lahkih elementov v razsežnih vzorcih. Uporabila sem jo za preučevanje strukturnih sprememb v ogljikovih anodah med ciklom praznjenja/polnjenja Na-ionskih baterij in za karakterizacijo elektrokemijskih procesov v kovinsko-organskih baterijah. Z analizo spektra XRS na robu K v ogljiku sem določila strukturne spremembe v anodah iz trdega ogljika, ki so posledica začetne temperature karbonizacije in vstavljanja Na v C strukturo med baterijskim ciklom. Izmerjene spektre robov K na Na sem uporabila za karakterizacijo vezave natrija v trdo elektronsko pregrado. Pri raziskavah kovinsko organskih baterij sem uporabila XRS za meritve absorpcijskega roba K v kisiku, ki omogoča spremljanje količine karbonilnih vezi v vzorcih in s tem karakterizacijo procesa redukcije kisika. Eksperimentalne rezultate sem podprla z izračuni absorpcijskih spektrov tarčnih elementov v okviru teorije gostotnih funkcionalov. XES omogoča uporabo laboratorijskih virov vzbujanja in v kombinaciji z visoko ločljivimi Braggovimi kristalnimi spektrometri določitev kemijskega stanja elementa, ki je po natančnosti primerljiva s konvencionalno sinhrotronsko metodo XAS. XES sem uporabila za karakterizacijo elektrokemijskih procesov v bateriji Li-S. S pomočjo izmerjenih spektrov K\(\beta\) sem sledila redukciji elementarnega žvepla v vmesne produkte preko večih ciklov polnjenja in praznjenja baterije.
|
