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可充电电池领域中原位电化学反应的应用

以锂离子电池为代表的高性能储能器件的发展极大地改善了人类的生活。而科技的飞速发展对储能器件的性能提出了更高的要求,发展具有优异性能的可充电电池是可满足电动汽车和便携式设备日益增长需求的必经之路。深刻认识与了解电池充放电过程中材料的衰减机制、电极/电解液界面处的电池反应与副反应等对电池的稳定性与电化学性能的优化极为关键。因此,在电池循环过程中,这些“原位”反应的信息变得尤为关键。而这些信息的直接获取,尤其是在电池真实工作状态下的信息获取对电极材料的开发尤为重要。


近年来,随着分析技术的不断发展与仪器性能的持续提高,原位可充电电池表征技术已经取得了空前的进步,这些技术的开发与进步对于人们理解电池的反应过程和揭示电极衰减机制将起到无可比拟的促进作用,同时也会推动电极材料的开发与电池技术的高速发展。


近日,北京交通大学王熙教授、天津理工大学刘喜副教授以及澳大利亚昆士兰理工学院Dmitri Golberg教授合作,系统总结了近期在可充电电池领域中原位电化学反应表征的应用,并对最新的进展以及未来可发展的技术进行了展望。文章从电极材料的结构变化研究、电极/电解液界面反应的研究以及产气过程的原位监测三个方面进行总结评述,尤其是对原位监测与非原位测试表征技术方面的区别进行了重点介绍。


作者在文章的最后对该领域存在的挑战和面临的机遇从三个方面进行了展望评述。第一,应用更加先进的分析设备进行电池的兼容性设计,在分析仪器中构筑更加接近于电池反应过程的原位装置以完成实验,从而获得分辨率更高的原位反应信息;第二,进一步开发原位反应动力学分析技术与方法。目前大部分的研究主要集中在原位技术的静态研究,而其动态研究却没有得到应有的关注。电池反应动力学的研究需要一种快速的数据收集,而目前使用的大多数仪器尚不能完成此类研究。第三,多点激励的原位电化学探索。光、磁等外加场的方式增强储能性能是近年来新的研究方向,而原位表征进行相应机制研究的设想尚未实现。因此,在原位表征中引入新的外加光、磁场等,无疑将会推动相关领域的迅猛发展。


相关论述近期发表在Advanced Materials 上,文章的第一作者是北京交通大学的杨一君博士与天津理工大学的刘喜正副教授。


该论文作者为:Yijun Yang, Xizheng Liu, Zhonghua Dai, Fangli Yuan, Yoshio Bando, Dmitri Golberg, Xi Wang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

In Situ Electrochemistry of Rechargeable Battery Materials: Status Report and Perspectives

Adv. Mater., 2017, 29, 1606922, DOI: 10.1002/adma.201606922


导师介绍

Dmitri Golberg

http://www.x-mol.com/university/faculty/38319

王熙

http://www.x-mol.com/university/faculty/38318


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