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Rechargeable sodium–oxygen batteries (NaOBs) are receiving extensive research interests because of their advantages such as ultrahigh energy density and cost efficiency. However, the severe failure of Na metal anodes has impeded the commercial development of NaOBs. Herein, combining in situ synchrotron X-ray computed tomography (SXCT) and other complementary characterizations, a novel electro-chemo-mechanical failure mechanism of sodium metal anode in NaOBs is elucidated. It is visually showcased that the Na metal anodes involve a three-stage decay evolution of a porous Na reactive interphase layer (NRIL): from the initially dot-shaped voids evolved into the spindle-shaped voids and the eventually-developed ruptured cracks. The initiation of this three-stage evolution begins with chemical-resting and is exacerbated by further electrochemical cycling. From corrosion science and fracture mechanics, theoretical simulations suggest that the evolution of porous NRIL is driven by the concentrated stress at crack tips. The findings illustrate the importance of preventing electro-chemo-mechanical degradation of Na anodes in practically
rechargeable NaOBs.
Rechargeable alkali metal−CO2 batteries, which combine high theoretical energy density and environmentally friendly CO2 fixation ability, have attracted worldwide attention. Unfortunately, their electrochemical performances are usually inferior for practical applications. Aiming to reveal the underlying causes, a combinatorial usage of advanced nondestructive and postmortem characterization tools is used to intensively study the failure mechanisms of Li/Na−CO2 batteries. It is found that a porous interphase layer is formed between the separator and the Li/Na anode during the overvoltage rising and battery performance decaying process. A series of control experiments are designed to identify the underlying mechanisms dictating the observed morphological evolution of Li/Na anodes, and it is found that the CO2 synergist facilitates Li/Na chemical corrosion, the process of which is further promoted by the unwanted galvanic corrosion and the electrochemical cycling conditions. A detailed compositional analysis reveals that the as-formed interphase layers under different conditions are similar in species, with the main differences being their inconsistent quantity. Theoretical calculation results not only suggest an inherent intermolecular affinity between the CO2 and the electrolyte solvent but also provide the most thermodynamically favored CO2 reaction pathways. Based on these results, important implications for the further development of rechargeable alkali metal−CO2 batteries are discussed. The current discoveries not only fundamentally enrich our knowledge of the failure mechanisms of rechargeable alkali metal−CO2 batteries but also provide mechanistic directions for protecting metal anodes to build high-reversible alkali metal−CO2 batteries.
Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung und Bewertung bei der Auswertung von Schienenprüfungen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren zu verbessern. Je nach Prüfverfahren werden relevante Schienenschädigungen (z. B. Head Checks) und Artefakte (z. B. Bohrungen) entsprechend analysiert und in einem parametrisierbaren digitalen Zwilling abgebildet, um anschließend die KI-Algorithmen trainieren zu können. Mit der Simulation können Prüffahrten virtuell durchgeführt und Schadensbilder für das KI-Training erzeugt werden, die das Verhalten komplexer Systeme reproduzieren, ohne dass das reale System benötigt wird. Die Modellannahmen sind dabei von erheblicher Bedeutung, denn unzureichende Modellannahmen führen leicht zu falschen Simulationsergebnissen. Um die Ergebnisse einer Simulation ordnungsgemäß darstellen zu können, ist das Simulationsmodell selbst zu überprüfen.
Die Vollständigkeit, Richtigkeit und Genauigkeit der Simulationsergebnisse werden anhand von realen Prüfungen verifiziert. Für die Verifikation der Ultraschallsimulation werden hier Stegbohrungen als Referenzreflektoren herangezogen. Als Testkörper stehen Schienensegmente mit unterschiedlichen Profiltypen sowie speziell angefertigte Testkörper mit schienenähnlicher Geometrie zur Verfügung. In den Testkörpern befinden sich künstliche und reale Schädigungen in Kopf-, Steg- und Fußbereich, sowie Bohrungen mit Nuten. Die Validierung der Wirbelstromsimulation erfolgt an Testkörpern, die aus Schienenköpfen gefertigt sind. Dabei werden die Signale für unterschiedliche Nuttiefen und Nutenpaare mit unterschiedlichen Abständen untersucht.
Für die Modellierung der Simulationsergebnisse verweisen wir auf das ebenfalls eingereichte Poster „Simulation von Ultraschall- und Wirbelstromprüfdaten für die Schienenprüfung“.
Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert.
Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung und Bewertung bei der Auswertung von Schienenprüfungen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren zu verbessern. Die Bandbreite möglicher Defekte und die Menge an Einflussgrößen auf die Schienenprüfung ist sehr groß, aber die Prüfdaten aus dem Feld bilden diese Bandbreite nicht balanciert ab und sind unzureichend gelabelt. Durch Simulationen werden große Mengen detailliert gelabelter Daten für relevante Schienenschädigungen und Artefakte bereitgestellt. Aus diesen Daten werden wiederum virtuellen Prüffahrten erstellt, die für das Training und die Validierung der KI genutzt werden können.
In unserem Poster stellen wir die Simulation dieser Ultraschall- und Wirbelstromprüfdaten vor. Dabei gehen wir im Detail auf die Themen CAD-Modellierung, Modellparameter, Simulationssoftware und Signalverarbeitung ein. Wir stellen ausgewählt die Simulation von Head Checks für Wirbelstromprüfverfahren und Bohrungsanrissen für Ultraschallprüfverfahren dar, da das Erkennen dieser Schädigungstypen bei der Schienenprüfung hohe Priorität innehat.
Für die Verifikation der Simulationsergebnisse verweisen wir auf den ebenfalls eingereichten Vortrag „Verifikation von Ultraschall- und Wirbelstromsimulationen bei der Schienenprüfung“.
Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert.
Luminescence lifetimes are an attractive analytical method for detection due to its high sensitivity and stability. Iridium probes exhibit luminescence with long excited-state lifetimes, which are sensitive to the local environment. Perfluorooctanoic acid (PFOA) is listed as a chemical of high concern regarding its toxicity and is classified as a “forever chemical”. In addition to strict limits on the presence of PFOA in drinking water, environmental contamination from industrial effluent or chemical spills requires rapid, simple, accurate, and cost-effective analysis in order to aid containment. Herein, we report the fabrication and function of a novel and facile luminescence sensor for PFOA based on iridium modified on gold surfaces. These surfaces were modified with lipophilic iridium complexes bearing alkyl chains, namely, IrC6 and IrC12, and Zonyl-FSA surfactant. Upon addition of PFOA, the modified surfaces IrC6-FSA@Au and IrC12-FSA @Au show the largest change in the red luminescence signal with changes in the luminescence lifetime that allow monitoring of PFOA concentrations in aqueous solutions. The platform was tested for the measurement of PFOA in aqueous samples spiked with known concentrations of PFOA and demonstrated the capacity to determine PFOA at concentrations >100 μg/L (240 nM).