中科院大连化物所等基于在线表界面表征发现储能电极的表面效应

近日，中科院大连化物所等在电化学储能过程原位在线（Operando）表界面表征研究中取得进展，首次准确阐明铝离子电池充电机制，并发现储能电极存在的表面效应。

据介绍，理解二次离子电池和超级电容器等储能过程亟须原位在线表征，目前使用的技术包括 X - 射线衍射、X - 射线吸收谱、透射电镜、核磁共振等都是研究电极和电解质体相信息，而电化学储能中的关键过程发生在电极和电解质的表面和界面区域，因此，发展原位在线电化学表界面表征方法具有重要意义。

Langmuir、Ertl 等人建立起来的表面化学方法学能够获得固体表面结构和化学信息，已在多相催化等领域中取得成功，但将这些技术应用到电化学过程的原位表界面表征仍充满挑战。近年来，傅强团队探索利用表面化学方法学来研究电化学表界面问题。该工作中，研究人员通过长期探索，构建出适合原位表面表征的模型电池，设计了一系列相关的原位样品池和样品台，实现了对铝离子电池过程的多种在线表界面表征，包括 XPS、AFM、SKPM、Raman、掠角 XRD 等。研究发现，充电过程中石墨电极表面区域阳离子（EMI+）与阴离子（AlCl4-）共插层嵌入到石墨层间，证实电极表面区域的插层离子超富集现象；基于电极过程的精准在线测量，研究人员首次给出铝离子电池电极反应的定量描述，揭示储能电极存在明显的表面效应，利用该效应构建以超薄石墨为电极的电池器件实现了容量翻倍。

▲ 大连化物所基于在线表界面表征发现储能电极的表面效应