In Situ Neutron Powder Diffraction of a Nickel Hydroxide Electrode

Abstract

The redox processes occurring at the nickel oxyhydroxide electrodes were followed by in situ neutron diffraction. The aim was to get a deeper insight into the existing phases and the reactivity mechanisms involved in the reduction process, paying special attention to the so-called “second plateau” phenomenon, occasionally appearing during electrochemical reduction at a potential of 0.8 V vs Hg/HgO. Chemically prepared protonated or deuterated nickel hydroxides, having different phase compositions, oxidation state, and particle size were studied to serve as reference samples. The electrochemically driven structural evolution of four samples upon discharge and charge was followed by in situ neutron powder diffraction using a specially designed cell. For both γ and β-NiOOH phases, the neutron diffraction results evidenced a direct and continuous structural transformation into the β-Ni(OH)2 phase upon reduction, on both the first and the second plateau, with no discontinuity when encountering the second plateau. This confirms that the second plateau phenomenon is not due to any intrinsic structural properties of the active material but is related to its surface properties being prone to be strongly dependent upon the electrode preparation.

Transformation of β-Ni(OH)2to NiO nano-sheets via surface nanocrystalline zirconia coating: Shape and size retention

“…Further, the average thickness of the hexagonal grains could also be estimated to be 2.65 nm according to (0 0 1) peak. The results were also confirmed with the literatures [19,20].…”

Études structurales par diffraction neutroniquein situet ou en temps réel

“…C'est particulièrement le cas en électrochimie. Il est donc important de pouvoir suivre l'évolution des matériaux d'électrodes en conditions réelles dans une cellule électrochimique en cours de fonctionnement, ceci à conduit à développer différentes cellules dédiées aux études par diffraction neutronique [32][33][34]. A titre d'exemple une cellule électrochimique est présentée sur la partie droite de la figure 6 mais d'autres configurations ont été développées pour effectuer des expériences in situ.…”

“…A titre d'exemple une cellule électrochimique est présentée sur la partie droite de la figure 6 mais d'autres configurations ont été développées pour effectuer des expériences in situ. Ce type de cellules a été utilisé pour étudier de nombreuses électrodes (positives comme négatives) de batteries ces dernières années sur les instruments D1B ou sur D20 de l'ILL [32][33][34]. Ce fut le cas des systèmes LaNi 5 D x [32] mais aussi des électrodes d'hydroxydes de nickel [34] ou d'autres systèmes [35,36].…”

“…Ce type de cellules a été utilisé pour étudier de nombreuses électrodes (positives comme négatives) de batteries ces dernières années sur les instruments D1B ou sur D20 de l'ILL [32][33][34]. Ce fut le cas des systèmes LaNi 5 D x [32] mais aussi des électrodes d'hydroxydes de nickel [34] ou d'autres systèmes [35,36]. Il est clair que l'étude in situ de ces électrodes nécessite de traverser non seulement un porte échantillon (en silice) mais aussi l'électrolyte, l'électrode de travail (carbone, grille [37].…”

“…Il est clair que l'étude in situ de ces électrodes nécessite de traverser non seulement un porte échantillon (en silice) mais aussi l'électrolyte, l'électrode de travail (carbone, grille [37]. Droite : exemple de cellule électrochimique utilisée pour l'étude in situ d'électrode de batteries [32,34].…”