近日，中科院大連化物所等在電化學(xué)儲能過程原位在線（Operando）表界面表征研究中取得進(jìn)展，首次準(zhǔn)確闡明鋁離子電池充電機制，并發(fā)現(xiàn)儲能電極存在的表面效應(yīng)。

據(jù)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(shù)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(zhì)體相信息，而電化學(xué)儲能中的關(guān)鍵過程發(fā)生在電極和電解質(zhì)的表面和界面區(qū)域，因此，發(fā)展原位在線電化學(xué)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(xué)方法學(xué)能夠獲得固體表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)信息，已在多相催化等領(lǐng)域中取得成功，但將這些技術(shù)應(yīng)用到電化學(xué)過程的原位表界面表征仍充滿挑戰(zhàn)。近年來，傅強團(tuán)隊探索利用表面化學(xué)方法學(xué)來研究電化學(xué)表界面問題。該工作中，研究人員通過長期探索，構(gòu)建出適合原位表面表征的模型電池，設(shè)計了一系列相關(guān)的原位樣品池和樣品臺，實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，充電過程中石墨電極表面區(qū)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(qū)域的插層離子超富集現(xiàn)象；基于電極過程的精準(zhǔn)在線測量，研究人員首次給出鋁離子電池電極反應(yīng)的定量描述，揭示儲能電極存在明顯的表面效應(yīng)，利用該效應(yīng)構(gòu)建以超薄石墨為電極的電池器件實現(xiàn)了容量翻倍。

▲ 大連化物所基于在線表界面表征發(fā)現(xiàn)儲能電極的表面效應(yīng)

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