大连化物所根据表界面电化学研讨提醒储能器材失效机制
近来，大连化物所催化根底国家要点实验室纳米与界面催化研讨组（502组）傅强研讨员团队经过调变铝离子电池器材的作业环境和气氛，运用原位X-射线光电子能谱（XPS）和Raman等表界面表征办法研讨储能器材进程发现，无水气氛下，电极中的插层阴阳离子从头散布导致器材产生结构和电子态的弛豫；而在含水气氛下，环境中的水分子会插层到石墨电极层间，并与层间插层离子产生水解反响，导致石墨电极电子态去耦、插层阶结构退化。
了解电化学储能器材的作业原理及失效机制，对辅导高性能器材的开发具有重要意义。当时，研讨界广泛运用X-射线衍射、X-射线吸收谱、透射电镜和核磁共振等表征技能检测电极和电解质，从而取得相关体相信息。但是这种办法取得的体相信息多聚集电极或电解质内部，很难了解表界面的电化学行为，因而亟需开展原位/工况电化学表界面表征办法。
长期以来，XPS、扫描探针显微镜（SPM）等外表科学研讨办法成功用于外表化学和多相催化的研讨，而将外表化学办法学用于电池器材等电化学进程的研讨面对巨大应战，首战之地的便是模型电化学储能器材的构建和原位表界面表征的完成。
本作业中，该团队在前期作业根底上（Natl. Sci. Rev.，2021），突破了外表表征所需的超高真空作业环境和规整敞开外表的限制，构建出根据两维资料电极的模型电化学储能器材，规划并加工系列可以对模型储能器材施加电场、改动气氛、外表表征的样品台和样品池，运用XPS、原子力显微镜（AFM）、Raman、光学显微镜等对铝离子电池的作业进程进行工况表征并精确论述该电池的作业机制，一起还发现了储能器材电极的外表效应。
为了探求铝离子电池气氛下的失效机制，团队将含水、氧气、氮气等不同气氛别离引进铝离子电池的作业环境，经过XPS、Raman等表界面研讨发现，含水气氛下，电极与水产生水解反响，使组分改动，导致电池失效。而无水气氛下，电极表现出自发的弛豫现象。该研讨精确说明电池的作业机制，并提醒了不同气氛下的电池器材失效机制。
与此一起，团队还将表界面电化学研讨办法扩展到锂电池等其他储能系统（J. Energ. Chem.，2021）。未来，根据气氛、温度、外场可控的原位电化学表界面表征技能和办法有望广泛研讨二次离子电池、超级电容器、金属—气体电池等系统中的表界面反响，说明这些重要动力器材和进程中的作业原理和失效机制。
相关研讨成果以“In Situ Visualization of Atmosphere-Dependent Relaxation and Failure in Energy Storage Electrodes”为题，宣布在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该作业的榜首作者是我所502组博士研讨生王超。上述研讨得到国家自然科学基金科学中心和杰出青年基金项目、科技部要点研制项目、中科院B类先导专项“动力化学转化的实质与调控”、辽宁省“兴辽方案”、所创新基金等项目的支撑。
了解电化学储能器材的作业原理及失效机制，对辅导高性能器材的开发具有重要意义。当时，研讨界广泛运用X-射线衍射、X-射线吸收谱、透射电镜和核磁共振等表征技能检测电极和电解质，从而取得相关体相信息。但是这种办法取得的体相信息多聚集电极或电解质内部，很难了解表界面的电化学行为，因而亟需开展原位/工况电化学表界面表征办法。
长期以来，XPS、扫描探针显微镜（SPM）等外表科学研讨办法成功用于外表化学和多相催化的研讨，而将外表化学办法学用于电池器材等电化学进程的研讨面对巨大应战，首战之地的便是模型电化学储能器材的构建和原位表界面表征的完成。
本作业中，该团队在前期作业根底上（Natl. Sci. Rev.，2021），突破了外表表征所需的超高真空作业环境和规整敞开外表的限制，构建出根据两维资料电极的模型电化学储能器材，规划并加工系列可以对模型储能器材施加电场、改动气氛、外表表征的样品台和样品池，运用XPS、原子力显微镜（AFM）、Raman、光学显微镜等对铝离子电池的作业进程进行工况表征并精确论述该电池的作业机制，一起还发现了储能器材电极的外表效应。
为了探求铝离子电池气氛下的失效机制，团队将含水、氧气、氮气等不同气氛别离引进铝离子电池的作业环境，经过XPS、Raman等表界面研讨发现，含水气氛下，电极与水产生水解反响，使组分改动，导致电池失效。而无水气氛下，电极表现出自发的弛豫现象。该研讨精确说明电池的作业机制，并提醒了不同气氛下的电池器材失效机制。
与此一起，团队还将表界面电化学研讨办法扩展到锂电池等其他储能系统（J. Energ. Chem.，2021）。未来，根据气氛、温度、外场可控的原位电化学表界面表征技能和办法有望广泛研讨二次离子电池、超级电容器、金属—气体电池等系统中的表界面反响，说明这些重要动力器材和进程中的作业原理和失效机制。
相关研讨成果以“In Situ Visualization of Atmosphere-Dependent Relaxation and Failure in Energy Storage Electrodes”为题，宣布在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该作业的榜首作者是我所502组博士研讨生王超。上述研讨得到国家自然科学基金科学中心和杰出青年基金项目、科技部要点研制项目、中科院B类先导专项“动力化学转化的实质与调控”、辽宁省“兴辽方案”、所创新基金等项目的支撑。
