采用PCA和Rie tveld精修X射线衍射数据来探索和量化贫化 Zn-MnO2 碱性电池阴极中的晶相

多元分析的统计方法^[1]，其中PCA方法，已经应用于不同的科学领域。 PCA 因其作为许多变量之间的相关函数的压缩能力而常用于数据分析。尽管也有其他方法可用，但大多数 PCA 都是使用最大方差旋转进行变换的。在这种方法中，成对的因子载荷在其两个轴形成的二维空间中旋转，以最大化平方载荷的方差之和。

多变量分析可以通过 RootProf ^[2] 等专用软件进行，甚至可以通过 Matlab (Mathworks Inc.)、Pirouette (Infometrix Inc.) 等一般统计数据处理软件进行。

应用的第二种方法是对衍射数据进行晶体学分析，以确定阴极材料中存在的晶相及其相对重量，这是通过对样品 X 射线衍射图进行 Rietveld 精修获得的^[3]。

采用主成分分析 (PCA)、多变量数据处理方法和 X 射线衍射 (XRD) 数据的 Rietveld 精修相结合的方法来分析从阴极内表面和外表面提取的样品中存在的晶相。耗尽的 Zn-MnO2 碱性原电池。 PCA 可以区分样品来源的阴极表面区域（六个区域），推断样品的晶相数量以及作为样品区域函数的相对浓度。随后通过 X 射线衍射数据的晶体学分析证实了 PCA 结果。

对 X 射线衍射图进行 Rietveld 精修，提供了两个阴极表面样品中已识别相的相对重量。在根据 XRD 数据分析耗尽的 Zn-MnO2 碱性电池的内部和外部阴极表面中存在的结晶相时，PCA 方法定性地表明阴极材料由两个表面之间浓度相反的两个结晶相组成。

定量晶体分析和 Rietveld 精修确定这两个相为 Mn3O4 和 ZnMn2O4 化合物，具有相反和对称的相对浓度。阴极内表面中ZnMn2O4和Mn3O4相的相对重量分别约为65%和35%。相同相以相反的浓度存在于外表面。

[1] R. Reyment, K.G. Joreskog, ¨ Applied Factor Analysis in the Natural Sciences, Cambridge Univ. Press, 1996, https://doi.org/10.2307/1271512.

[2] R. Caliandro, D.B. Belviso, RootProf: software for multivariate analysis of unidimensional profiles, J. Appl. Crystallogr. 47 (2014) 1087–1096, https://doi. org/10.1107/S1600576714005895.

[3] K. Kordesch, Primary batteries- alkaline manganese dioxide-zinc batteries, in: J. O.’M. Bockris, B.E. Conway, E. Yeager, R.E. White (Eds.), Comprehensive Treatise of Electrochemistry, Electrochemical Energy Conversion and Storage, vol. 3, Springer, New York, NY, 1981, pp. 219–232, https://doi.org/10.1007/978-1-4615-6687-8.