Energía

Observar la firma nanoRaman de una muestra mientras sufre modificaciones inducidas electroquímicamente puede revelar la apariencia local de especies transitorias y ofrecer la posibilidad de estudiar su cinética de formación.

Con la creciente demanda de baterías de ion de litio, se han investigado diversos compuestos como materiales para cátodos. Ejemplos típicos incluyen cobaltita de litio y manganato de litio, y la cantidad de deficiencia de oxígeno es importante como uno de los elementos para evaluar las propiedades del material. Esto se debe a que la deficiencia de oxígeno tiene una influencia importante en el rendimiento de las baterías.

Las baterías alcalinas presentan características únicas en comparación con las baterías de zinc-carbono, incluyendo alta densidad energética, un amplio rango de temperatura de funcionamiento, alta capacidad de corriente y un diseño a prueba de fugas. También se utilizan para una amplia variedad de propósitos. La pila alcalina generalmente se fabrica con un electrodo positivo compuesto por una mezcla de óxido de manganeso y grafito, un electrodo negativo de zinc y una solución electrolítica de hidróxido de potasio.

El fracking es una técnica en la que líquidos y un proppant se introducen en una cavidad perforada. La alta presión fractura la roca, lo que libera petróleo y gas natural. Los proppantes mantienen la roca abierta y permiten el flujo de estos materiales fuera de la roca para su recogida y procesamiento. Un proppant común es la arena, que se toma y procesa cuidadosamente para garantizar la pureza así como la forma y tamaño correctos. La Analysette 28 es un analizador dinámico de imágenes, que toma imágenes para medir el tamaño y la forma de las partículas.

Con la medición de fluorescencia en línea por rayos X, se puede determinar con precisión el grosor del material o la carga de elementos en tiempo real durante la producción, eliminando la necesidad de extraer productos para un análisis de laboratorio que consume mucho tiempo.

La importancia del tamaño de las partículas para las centrales eléctricas se encuentra en su capacidad para cumplir con las normativas medioambientales mientras controlan los gastos de capital y los costos operativos. Esta página de aplicación mostrará cómo invertir en análisis del tamaño de partículas ayuda a controlar los costos operativos y a mejorar los márgenes de las centrales eléctricas.

La espectroscopía Raman junto con la microscopía de fuerza atómica (AFM) permite una caracterización precisa a escala nanométrica de las capas que componen las células solares de película delgada, así como de la contaminación cruzada que ocurre en sus interfaces.

Las refinerías están equipadas con unidades desulfuración para extraer azufre del petróleo. Los cambios en el contenido de carbono y azufre en catalizadores antes y después del uso son muy importantes para determinar la eficiencia y el rendimiento del catalizador desarrollado. Por lo tanto, es importante un análisis cuantitativo fiable del carbono y el azufre.

Desde la perspectiva de garantizar la seguridad energética y reducir las emisiones de CO2, el uso de la energía nuclear está atrayendo la atención mundial. También se emitió una declaración conjunta por 25 países que establecieron una política de cooperación hacia el ambicioso objetivo de triplicar la capacidad mundial de generación de energía nuclear para 2050 en comparación con los niveles de 2020. La seguridad del combustible nuclear, así como la mejora del rendimiento del combustible, son extremadamente importantes, y el contenido de oxígeno, nitrógeno y carbono debe estar estrictamente controlado en el rendimiento de los materiales nucleares.

Un juguete de plástico se analiza para detectar la presencia de plomo en sus numerosos componentes. El análisis puntual muestra que las concentraciones de este elemento nocivo pueden alcanzar hasta el 0,3%. La imagen XRF permite caracterizar rápidamente su distribución por el juguete.

El espectrómetro de fluorescencia Fluorolog-QM con opción de esfera integradora es una excelente opción para mediciones PLQY en NIR. La K-Esfera es muy cómoda y fácil de usar, ya que se acopla directamente a la óptica del compartimento de muestra y permite el uso de fuentes de luz externas, como láseres DPSS, que pueden acoplarse en la parte frontal del compartimento de la muestra. La esfera tiene soportes para cubetas, portaobjetos y polvos que pueden intercambiarse fácilmente. Los resultados demuestran una muy buena reproducibilidad y precisión para mediciones NIR PLQY que abarcan casi dos órdenes de magnitud. Según múltiples mediciones, las desviaciones estándar del PLQY demostradas varían desde el 1,3% para el valor QY alto (77%) hasta el 6,4% para el QY inferior al 1%.

Conocer la distribución del tamaño de las partículas de la tinta catalizadora antes del recubrimiento puede predecir el rendimiento de la batería, prevenir la aparición de fallos en electrodos y, finalmente, permitir acortar el proceso de fabricación de la pila de combustible.

Los nuevos espectrofluorómetros Fluorolog-QM, debido a su modularidad, software avanzado y una interfaz universal, son una elección ideal para estudiar múltiples aspectos de la conversión ascendente. Esta nota técnica ilustra el uso de Fluorolog-QM-75-21 para la caracterización espectral y resuelta en el tiempo de estos materiales.

A medida que los requisitos para vehículos eléctricos y otros dispositivos portátiles se vuelven cada vez más exigentes, la necesidad de baterías de mayor rendimiento y la capacidad de monitorear las características físicas y químicas del material de la batería seguirá aumentando. De los materiales novedosos para baterías que se utilizan más en las baterías recargables de iones de litio están los fosfatos de hierro litio (LFPs), utilizados para componer el cátodo, y el silicio recubierto de carbono (Si@C), utilizado para fabricar el ánodo.

Introducimos análisis de fallos no destructivos en un gran conjunto de electrodos de membrana (MEA) de una pila comercial de PEMFC utilizando un HORIBA XGT-9000SL, un micro-XRF con capacidad de cámara extragrande. Gracias a la capacidad de la cámara, realizamos con éxito imágenes elementales no destructivas en un área defectuosa sin cortar la muestra, y encontramos distribuciones inesperadas de Fe, Ni, Mn y Cr dentro del área defectuosa, y que los elementos están presentes en el MEA como resultado de una posible degradación de la placa bipolar.

Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) están ganando cada vez más popularidad como energía limpia, y se está realizando mucha investigación para lograr una mejor durabilidad y una mayor expansión en una fase más comercial.

Obtuvimos celdas de batería de iones de litio de 3 vehículos eléctricos comerciales diferentes fabricados por una empresa automovilística para la investigación de ingeniería inversa. Desmontamos y analizamos cada una de las láminas de cátodo, las láminas de ánodo y las hojas separadoras utilizando múltiples instrumentos analíticos.

El sistema micro-XRF HORIBA realiza dos aplicaciones para la investigación de catalizadores de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC): una es la imagen de uniformidad de catalizadores Pt dentro de una lámina de catalizador gracias a la capacidad de imagen. La otra es la determinación media de la masa de carga por catalizador de Pt, que es una aplicación popular de EDXRF. A través de los experimentos, visualizamos con éxito agregados del catalizador Pt en nuestras muestras, y también obtuvimos una buena linealidad de la curva de calibración para la determinación de masa de carga del catalizador Pt.

El Analizador de Distribución de Tamaño de Partículas por Dispersión láser Partica LA-960V2 puede evaluar la dispersión de partículas de tinta catalizadora. Al evaluar la dispersión de la tinta catalizadora, que es una de las causas de grietas en la capa catalizadora del MEA tras pruebas de durabilidad, es posible contribuir a la mejora de la eficiencia de generación de energía y la formación de películas gruesas.

Analizamos una muestra de simulación de cátodo de níquel-manganeso cobalto (NMC) utilizando un microscopio analítico de rayos X HORIBA XGT-9000 y realizamos análisis de materiales extraños con el software Particle Finding Module.

La espectroscopía de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo (TRPL) es una herramienta importante que puede utilizarse para caracterizar materiales ópticos como LEDs y materiales fotovoltaicos (PV).

Utilizamos el XGT-9000 para analizar partículas extrañas en un material de batería de ion de litio. Realizamos una muestra de simulación de cátodo NMC y añadimos partículas de Cu en la muestra como materia metálica extraña simulada.

Con su eficiencia de ~20 %, las células solares híbridas de perovskita son el nuevo candidato prometedor para la próxima generación de fotovoltaicos. Gracias a la amplia cartera de HORIBA Scientific, se pueden utilizar diferentes técnicas para adquirir un conocimiento profundo sobre las propiedades y mecanismos optoelectrónicos de esta clase de materiales. En esta nota de aplicación decidimos utilizar elipsometría espectroscópica, fluorescencia en estado estacionario y resolución temporal, y espectroscopía de emisión óptica por descarga luminosa para investigar las propiedades de las películas delgadas CH3NH3PbI3 depositadas sobre un PEDOT:PSS recubierto de espín. Se abordó el impacto de la exposición al aire.

Analizamos dos materiales de batería en suspensión que contenían material activo (NCM) y agente conductor (carbono). Al utilizar Partica CENTRIFUGE para analizar materiales de batería antes y después del amasado, se obtuvieron resultados con distribuciones claramente diferentes, lo que nos permite inferir el estado de dispersión de los materiales de la batería.

El XGT-9000 puede detectar y determinar la composición de partículas extrañas y, por tanto, rastrear la fuente de contaminación.

Ahora surge una nueva preocupación por la salud humana debido a las partículas de menos de 23 nm emitidas por vehículos de carretera. Más allá de medir el número y la masa de partículas, también es fundamental determinar la composición química superficial de las nanopartículas para comprender la posible reactividad con el entorno.

La tecnología de baterías está mejorando, respondiendo a la demanda de un mejor almacenamiento de energía. Mejorar el rendimiento requiere un mayor control de los materiales utilizados y sus propiedades físicas, incluida la distribución del tamaño de las partículas.

El monitoreo del azufre en los productos derivados del petróleo es un tema importante en el contexto actual de protección ambiental. De hecho, durante la combustión, el azufre provocará lluvias ácidas y emisiones de partículas que inducen problemas ambientales y de salud. Si las emisiones de las industrias y los vehículos han sido el principal objetivo del control de las emisiones de azufre desde hace unas pocas decenas de años, el nuevo objetivo es la navegación marítima. En este dominio, ahora, el nivel de azufre está regulado por el Anexo VI de MARPOL (Convención internacional). Para esta regulación específica, la técnica y el rango de medición de nuestra serie SLFA son perfectamente adecuados para permitir la determinación rápida y precisa de azufre en el aceite marino. Nuestro compacto SLFA-60 se puede utilizar a bordo y el SLFA-6800, con su muestreador automático (ocho posiciones), mejorará la productividad de los laboratorios de control.

Para diseñar materiales con propiedades difusivas controladas, necesitamos poder medir el proceso difusivo in situ. Idealmente, nos gustaría una técnica que proporcione información molecular con resolución a escala microscópica, que no destruya las muestras y que pueda instalarse y usarse en un laboratorio de laboratorio con un mínimo de tiempo y esfuerzo en la preparación de la muestra. La espectroscopía de microsonda Raman es una candidata ideal para este tipo de estudios. El uso de luz visible combinado con un microscopio confocal proporciona una sonda con resolución espacial de un micrón o superior, y el acoplamiento de dicho microscopio a un espectrómetro Raman moderno equipado con filtros de muesca holográficos y detectores CCD multicanal permite la adquisición rápida de espectros Raman que pueden correlacionarse con el estado químico de la especie y su entorno físico.

Una batería de iones de litio es una batería recargable en la que los iones de litio se mueven entre el ánodo y el cátodo creando un flujo eléctrico. Ya sea que estudies nuevos comportamientos de electrodos o recubrimientos, procesos de carga y descarga, controles de procesos o realices estudios comparativos para baterías de ion de litio, la Espectrometría de Emisión Óptica de Descarga Brillante por Descarga RF Pulsada es una herramienta complementaria valiosa.

La nota de solicitud explica cómo la espectroscopía Raman puede ser útil en el análisis de cátodos y ánodos en baterías de ion de litio. El estado del arte actual requiere fuentes de energía más fiables, eficientes y potentes. Por tanto, las baterías de ion de litio son de gran interés. La espectroscopía Raman se adapta a las diferentes etapas de vida útil de estas baterías, como la caracterización de nuevos materiales para sistemas más flexibles, el análisis de fallos; pero también análisis más estándar del material utilizado durante el proceso de carga/descarga, incluyendo propiedades estructurales y electrónicas, e incluso pruebas robustas y automatizadas de control de calidad.

Introducimos un método rápido y no destructivo para la determinación de masa de carga por catalizador Pt en una lámina catalizadora de la pila de combustible de membrana de intercambio de protones utilizando un analizador de EDXRF de sobremesa. Realizamos una curva de calibración analizando múltiples muestras internas con diferentes masas de carga de Pt (0,052 - 0,39 mg/cm2) y determinamos la masa de carga catalizadora de una muestra usando la curva. Nuestro resultado mostró que la curva tenía buena linealidad y que el resultado calculado era consistente con el valor etiquetado de la muestra, con buena repetibilidad.

La celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) consiste principalmente en materiales orgánicos como la membrana de intercambio de protones, soportes de carbono y láminas de carbono. Sin embargo, también incluye algunos elementos inorgánicos como los atenuadores radicales y catalizadores de metales preciosos. En esta nota de aplicación, presentamos aplicaciones clave de micro-XRF para cada componente de PEMFC.

HORIBA Los espectrómetros se utilizan para caracterizar los vidrios dopados para fotónica

Las placas bipolares son componentes clave de las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones: distribuyen especialmente el gas combustible y el aire y conducen la electricidad. Se han desarrollado diversos materiales y tratamientos superficiales para mejorar sus propiedades. Aquí describimos un estudio de ingeniería inversa sobre una placa bipolar de un vehículo comercial utilizando GD-OES y espectroscopía Raman. Los análisis revelaron que la placa tenía un recubrimiento amorfo de carbono sobre una base de titanio.

En los últimos cinco años, materiales híbridos orgánico-inorgánicos perovskitas han surgido como capas absorbentes prometedoras para nuevas células solares de alta eficiencia y bajo coste que combinan las ventajas de los semiconductores orgánicos e inorgánicos. El creciente interés por esta tecnología está impulsando a los laboratorios de investigación a encontrar las técnicas óptimas para caracterizar con precisión las propiedades optoelectrónicas de estos materiales.

La elipsometría espectroscópica es un método eficiente y no destructivo para extraer constantes ópticas de materiales en los rangos de longitudes de onda UV-VIS-NIR. Las constantes ópticas (n,k) de un material están entre los conjuntos de datos ópticos más importantes y son específicas del material estudiado. Durante este seminario web, aprenderás cómo definir una estrategia para realizar elipsometría espectroscópica cuantitativa en películas delgadas semiconductoras CIGS. El CIGS es uno de los absorbentes más eficientes para la conversión solar fotovoltaica. Desplegada como películas finas o ultrafinas, la caracterización óptica CIGS es tan importante en su etapa de preparación como en la modelización de pilas celulares. Sin embargo, la determinación de las constantes ópticas CIGS es un desafío muy complejo, especialmente para la SE cuando se utiliza como un método experimental único y directo.

La espectroscopía de fotoluminiscencia (PL) es un potente método óptico utilizado para caracterizar materiales. El PL puede utilizarse para encontrar impurezas y defectos en semiconductores de silicio y elementos del grupo III-V, así como para determinar las bandas prohibidas de los semiconductores.

La espectroscopía de fotoluminiscencia dependiente de la temperatura (PL) es un método óptico potente para caracterizar materiales. La PL puede utilizarse para identificar defectos e impurezas en semiconductores de Si y III-V, así como para determinar las bandas prohibidas de los semiconductores. A temperatura ambiente, la emisión de PL suele ser amplia—hasta 100 nm de ancho.

Como resultado del rápido desarrollo en la fabricación de semiconductores, muchos tipos de dispositivos optoelectrónicos como diodos láser, LEDs y transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) se fabrican ahora mediante métodos de crecimiento epitaxial.

El nitruro de galio (GaN) es uno de una generación de materiales emisores de luz prometedores. Su banda de banda directa de energía de ~3,4 eV a temperatura ambiente la hace especialmente adecuada para la emisión en los rangos espectrales azul y ultravioleta cercano. El material suele mostrar alta estabilidad térmica y baja fuga eléctrica, por lo que el GaN suele ser un buen candidato para fabricar dispositivos de alta temperatura y alta potencia.

La fotoluminiscencia es la emisión óptica obtenida por excitación de fotones (normalmente un láser) y se observa comúnmente en materiales semiconductores III-V. Este tipo de análisis permite la caracterización no destructiva de semiconductores (composición de materiales, investigaciones cualitativas, etc.).

Los semiconductores III-V son importantes para la fabricación de dispositivos fotónicos activos como fuentes de luz y detectores. La fabricación exitosa de estos dispositivos depende de la alta calidad de los materiales subyacentes y de la deposición precisa de las geometrías previstas sobre un sustrato de oblea.

La integración monolítica de componentes ópticos en plataformas CMOS continúa en la industria de las comunicaciones ópticas. CMOS ofrece una plataforma madura y robusta, por lo que es lógico para construir módulos de interconexión óptica.

El GaN y aleaciones relacionadas son materiales importantes utilizados para construir fuentes de luz de longitud de onda corta (láseres y LEDs). Se utiliza fotoluminiscencia a temperatura ambiente y baja (PL) para caracterizar estos materiales, así como el rendimiento del dispositivo.

Los fotovoltaicos híbridos de perovskita (PV) muestran potencial debido a su buena eficiencia, que puede rondar el 20%. Junto con sus características PV, los materiales de perovskita presentan un alto grado de recombinación radiativa.

Las mediciones de Eficiencia Cuántica Interna (IQE) y Eficiencia Cuántica Externa (EQE) son indicadores de la eficacia de un dispositivo fotosensible como los utilizados en telecomunicaciones y células solares. La EQE es la relación entre las cargas generadas y la cantidad total de fotones incidentes en la superficie; una ecualización mayor indica un dispositivo más eficiente.

El fenómeno de la conversión ascendente es un proceso óptico que absorbe fotones de menor energía (longitud de onda más larga) y emite fotones de mayor energía (longitud de onda más corta).

Los cristales son materiales esenciales con múltiples usos y formas. En el ámbito de la optoelectrónica existe interés en modificar la composición del vidrio para favorecer la incorporación de elementos de lantánidos.

RF GD OES es bien conocido por su perfil de profundidad elemental ultra rápido en películas delgadas y gruesas. Se pueden medir todos los elementos, incluido el hidrógeno (H), que es importante en muchos campos de aplicación: para estudios de corrosión, para la fotovoltaica, en metalurgia, para el desarrollo de materiales para almacenamiento de hidrógeno y para todos los estudios de recubrimientos poliméricos, por nombrar algunos. La línea de emisión más sensible para H se encuentra en el rango VUV a 121.567 nm.