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新材料學院在《化學學會評論》發表離子稱量技術在電池中應用的教程類綜述文章
日期:2021-09-08 10:01:49 新材料學院 點擊:

深入理解與分析電池(包括鋰離子、鈉離子、空氣電池等)運行過程中的體相和界面行為對於電池性能的持續改進具有重要意義。電化學石英晶體天平(EQCM)離子稱量技術是實現這一目標的有力工具,因為它可以在原位工況下研究電池各種現象,包括電極內的離子插入/脱嵌、電解液中的固體成核、界面形成/演化和固液配位等。因此,電化學石英晶體天平對於分析電池中體相與界面的現象與機制具有重要意義。

北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒課題組近年來利用的電化學石英晶體天平從電池材料體相離子脱嵌與界面結構化學方面的取得了一系列的重要進展,在Nat. Nanotech. (Nat. Nanotech., 2019, 14, 50–56) 等國際頂級期刊發表了約十篇機理探索文章。課題組系統性地總結這些工作,並結合電化學石英晶體天平離子稱量技術的基本工作原理與近期在電池領域的最新研究進展,於國際化學和材料領域知名期刊《化學學會評論》(Chemical Society Reviews)上發表了題為“From bulk to interface: electrochemical phenomena and mechanism studies in batteries via electrochemical quartz crystal microbalance”的教程類綜述性(發表TUTORIAL REVIEW)文章(Chemical Society Reviews,2021, DOI: 10.1039/d1cs00629k影響因子=54.5)。

圖1. 電化學石英晶體天平在電池領域研究中的應用示意圖

在本綜述中,首先介紹了常用表徵技術的現狀和電化學石英晶體天平的基本原理,包括其獨特的功能、背景(如操作理論和原理、歷史概述等)、對電池研究的優點以及與其他原位技術(如X射線衍射、原子力顯微鏡、微分電化學質譜法等)的聯用。此外,還進一步回顧了最近關於應用其用來研究電極和電解液的體相的現象以及界面反應機制的進展。體相研究包括電極中的離子嵌入/脱出行為(如電荷儲存機制、電極結構演變和電化學離子交換合成等)和來自電解液的成核現象(如鹼金屬陽極上的離子電沉積、金屬-O2電池陰極上的成核等)。界面反應包括固體電解液間相(SEI)的形成/演變(例如,在惰性電極和活性電池電極上),以及固液配位。最後對利用EQCM進行電池研究的未來研究和發展提出了看法與展望。

圖2. 用於研究可充電電池的典型電化學石英晶體天平實驗裝置

這項工作由潘鋒教授、尹祖偉博士共同指導完成,博士研究生冀昱辰與尹祖偉博士為文章的共同第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃、深圳市科學技術研究基金、廣東省重點實驗室和中國科學博士後基金等項目的大力支持。

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