中科院大連化物所等基于在線表界面表征發現儲能電極的表面效應
摘要：
近日，中科院大連化物所等在電化學儲能過程原位在線（Operando）表界面表征研究中取得進展，首次準確闡明鋁離子電池充電機制，并發現儲能電極存在的表面效應。
據介紹，理解二次離子電池和超級電容器等儲能過程亟須原位在線表征，目前使用的技術包括 X - 射線衍射、X - 射線吸收譜、透射電鏡、核磁共振等都是研究電極和電解質體相信息，而電化學儲能中的關鍵過程發生在電極和電解質的表面和界面區域，因此，發展原位在線電化學表界面表征方法具有重要意義。
Langmuir、Ertl 等人建立起來的表面化學方法學能夠獲得固體表面結構和化學信息，已在多相催化等領域中取得成功，但將這些技術應用到電化學過程的原位表界面表征仍充滿挑戰。近年來，傅強團隊探索利用表面化學方法學來研究電化學表界面問題。該工作中，研究人員通過長期探索，構建出適合原位表面表征的模型電池，設計了一系列相關的原位樣品池和樣品臺，實現了對鋁離子電池過程的多種在線表界面表征，包括 XPS、AFM、SKPM、Raman、掠角 XRD 等。研究發現，充電過程中石墨電極表面區域陽離子（EMI+）與陰離子（AlCl4-）共插層嵌入到石墨層間，證實電極表面區域的插層離子超富集現象；基于電極過程的精準在線測量，研究人員首次給出鋁離子電池電極反應的定量描述，揭示儲能電極存在明顯的表面效應，利用該效應構建以超薄石墨為電極的電池器件實現了容量翻倍。
▲ 大連化物所基于在線表界面表征發現儲能電極的表面效應
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