您现在的位置是: >>正文
锂电方向想发好文章?常见锂电机理研究方法了解一下! – 材料牛
73827人已围观
简介近年来国际知名期刊上发表的锂电类文章要不就是能做出突破性的性能,要不就是能把机理研究的十分透彻。而机理研究则是考验科研工作者们的学术能力基础和科研经费的充裕程度。此外机理研究还需要先进的仪器设备甚至是 ...
近年来国际知名期刊上发表的锂电类文章要不就是能做出突破性的性能,要不就是向法解能把机理研究的十分透彻。而机理研究则是想发下材考验科研工作者们的学术能力基础和科研经费的充裕程度。此外机理研究还需要先进的好文仪器设备甚至是原位表征设备来对材料的反应进行研究。目前材料研究及表征手段可谓是章常五花八门,在此小编仅仅总结了部分常见的见锂究方锂电等储能材料的机理研究方法。限于水平,电机必有疏漏之处,锂电理研料牛欢迎大家补充。向法解
小编根据常见的想发下材材料表征分析分为四个大类,材料结构组分表征,好文材料形貌表征,章常材料物理化学表征和理论计算分析。见锂究方
材料结构组分表征
目前在储能材料的电机常用结构组分表征中涉及到了XRD,NMR,XAS等先进的表征技术,此外目前的锂电理研料牛研究也越来越多的从非原位的表征向原位的表征进行过渡。利用原位表征的实时分析的优势,来探究材料在反应过程中发生的变化。此外,越来越多的研究工作开始涉及了使用XAS等需要使用同步辐射技术的表征,而抢占有限的同步辐射光源资源更显得尤为重要。
XANES
X射线吸收近边结构(XANES)又称近边X射线吸收精细结构(NEXAFS),是吸收光谱的一种类型。在X射线吸收谱中,阈值之上60eV以内的低能区的谱出现强的吸收特性,称之为近边吸收结构(XANES)。它是由于激发光电子经受周围原子的多重散射造成的。它不仅反映吸收原子周围环境中原子几何配置,而且反映凝聚态物质费米能级附近低能位的电子态的结构,因此成为研究材料的化学环境及其缺陷的有用工具。目前,国内的同步辐射光源装置主要有北京同步辐射装置,(BSRF,第一代光源),中国科学技术大学的合肥同步辐射装置 (NSRL,第二代光源)和上海光源(SSRF,第三代光源),对国内的诸多材料科学的研究起到了巨大的作用。
近日,王海良课题组利用XANES等先进表征技术研究富含缺陷的单晶超薄四氧化三钴纳米片及其电化学性能(Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1701694), 如图一所示。该研究工作利用了XANES等技术分析了富含缺陷的四氧化三钴的化学环境,从而证明了其中氧缺陷的存在及其相对含量。此外通过EAXFS证明了富含缺陷的四氧化三钴中的Co具有更低的配位数。这些条件的存在帮助降低了表面能,使材料具有良好的稳定性。利用同步辐射技术来表征材料的缺陷,化学环境用于机理的研究已成为目前的研究热点。
Figure 1. Analysis of O-vacancy defects on the reduced Co3O4nanosheets. (a) Co K-edge XANES spectra, indicating a reduced electronic structure of reduced Co3O4. (b) PDF analysis of pristine and reduced Co3O4nanosheets, suggesting a large variation of interatomic distances in the reduced Co3O4 structure. (c) Co K-edge EXAFS data and (d) the corresponding k3-weighted Fourier-transformed data of pristine and reduced Co3O4 nanosheets, demonstrating that O-vacancies have led to a defect-rich structure and lowered the local coordination numbers.
XRD
XRD全称是X射线衍射,即通过对材料进行X射线衍射来分析其衍射图谱,以获得材料的结构和成分,是目前电池材料常用的结构组分表征手段。
原位XRD技术是当前储能领域研究中重要的分析手段,它不仅可排除外界因素对电极材料产生的影响,提高数据的真实性和可靠性,还可对电极材料的电化学过程进行实时监测,在电化学反应的实时过程中针对其结构和组分发生的变化进行表征,从而可以有更明确的对体系的整体反应进行分析和处理,并揭示其本征反应机制。因此,原位XRD表征技术的引入,可提升我们对电极材料储能机制的理解,并将快速推动高性能储能器件的发展。
目前,陈忠伟课题组在对锂硫电池的研究中取得了突破性的进展,研究人员使用原位XRD技术对小分子蒽醌化合物作为锂硫电池正极的充放电过程进行表征并解释了其反应机理(NATURE COMMUN., 2018, 9, 705),如图二所示。通过各项表征证实了蒽醌分子中酮基官能团与多硫化物通过强化学吸附作用形成路易斯酸是提升锂硫电池循环稳定性的关键。通过在充放电过程中小分子蒽醌与可溶性多硫化锂发生“化学性吸附”,形成无法溶解于电解液的不溶性产物,从而实现对活性物质流失的有效抑制,显著地增加了电池的寿命。
Fig. 2 In-situ XRD analysis of the interactions during cycling. (a)XRD intensity heat map from 4oto 8.5oof a 2.4 mg cm–2cell’s first cycle discharge at 54 mA g–1and charge at 187.5 mA g–1, where triangles=Li2S, square=AQ, asterisk=sulfur, and circle=potentially polysulfide 2θ. (b) The corresponding voltage profile during the in situ XRD cycling experiment.
材料形貌表征
在材料科学的研究领域中,常用的形貌表征主要包括了SEM,TEM,AFM等显微镜成像技术。目前材料的形貌表征已经是绝大多数材料科学研究的必备支撑数据,一个新颖且引人入胜的形貌电镜图也是发表高水平论文的不二法门。而目前的研究论文也越来越多地集中在纳米材料的研究上,并使用球差TEM等超高分辨率的电镜来表征纳米级尺寸的材料,通过高分辨率的电镜辅以EDX, EELS等元素分析的插件来分析测试,以此获得清晰的图像和数据并做分析处理。
TEM
TEM全称为透射电子显微镜,即是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子在与样品中的原子发生碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像,影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。利用原位TEM等技术可以获得材料形貌和结构实时发生的变化,如微观结构的转化或者化学组分的改变。在锂硫电池的研究中,利用原位TEM来观察材料的形貌和物相转变具有重要的实际意义。Kim课题组在锂硫电池的正极研究中利用原位TEM等形貌和结构的表征,深入的研究了材料的电化学性能与其形貌和结构的关系 (Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1602078.),如图三所示。
该工作使用多孔碳纳米纤维硫复合材料作为锂硫电池的正极,在大倍率下充放电时,利用原位TEM观察材料的形貌变化和硫的体积膨胀,提供了新的方法去研究硫的电化学性能并将其与体积膨胀效应联系在了一起。
Fig. 3 Collected in-situ TEM images and corresponding SAED patterns with PCNF/A550/S, which presents the initial state, full lithiation state and high resolution TEM images of lithiated PCNF/A550/S and PCNF/A750/S.
材料物理化学表征
UV-vis
UV-vis spectroscopy全称为紫外-可见光吸收光谱。吸收光谱可以利用吸收峰的特性进行定性的分析和简单的物质结构分析,此外还可以用于物质吸收的定量分析。UV-vis是简便且常用的对无机物和有机物的有效表征手段,常用于对液相反应中特定的产物及反应进程进行表征,如锂硫电池体系中多硫化物的测定。
最近,晏成林课题组(Nano Lett., 2017, 17, 538-543)利用原位紫外-可见光光谱的反射模式检测锂硫电池充放电过程中多硫化物的形成,根据图谱中不同位置的峰强度实时获得充放电过程中多硫化物种类及含量的变化,如图四所示。研究者发现当材料中引入硒掺杂时,锂硫电池在放电的过程中长链多硫化物的生成量明显减少,从而有效地抑制了多硫化物的穿梭效应,提高了库伦效率和容量保持率,为锂硫电池的机理研究及其实用化开辟了新的途径。
Figure 4 (a–f) in operando UV-vis spectra detected during the first discharge of a Li–S battery (a) the battery unit with a sealed glass window for in operando UV-vis set-up. (b) Photographs of six different catholyte solutions; (c) the collected discharge voltages were used for the in situ UV-vis mode; (d) the corresponding UV-vis spectra first-order derivative curves of different stoichiometric compounds; the corresponding UV-vis spectra first-order derivative curves of (e) rGO/S and (f) GSH/S electrodes at C/3, respectively.
理论计算分析
随着能源材料的大力发展,计算材料科学如密度泛函理论计算,分子动力学模拟等领域的计算运用也得到了大幅度的提升,如今已经成为原子尺度上材料计算模拟的重要基础和核心技术,为新材料的研发提供扎实的理论分析基础。
密度泛函理论计算(DFT)
利用DFT计算可以获得体系的能量变化,从而用于计算材料从初态到末态所具有的能量的差值。通过不同的体系或者计算,可以得到能量值如吸附能,活化能等等。此外还可用分子动力学模拟及蒙特卡洛模拟材料的动力学行为及结构特征。近日, Ceder课题组在新型富锂材料正极的研究中(Nature 2018, 556, 185-190)取得了重要成果,如图五所示。这项研究利用蒙特卡洛模拟计算解释了Li2Mn2/3Nb1/3O2F 材料在充放电过程中的变化及其对材料结构和化学环境的影响。该项研究也为高性能富锰正极拓宽了其在电池领域的新的应用。
Fig. 5 Ab initio calculations of the redox mechanism of Li2Mn2/3Nb1/3O2F. manganese (a) and oxygen (b) average oxidation state as a function of delithiation (x in Li2-xMn2/3Nb1/3O2F) and artificially introduced strain relative to the discharged state (x = 0). c, Change in the average oxidation state of Mn atoms that are coordinated by three or more fluorine atoms and those coordinated by two or fewer fluorine atoms. d, Change in the average oxidation state of O atoms with three, four and five Li nearest neighbours in the fully lithiated state (x = 0). The data in c and d were collected from model structures without strain and are representative of trends seen at all levels of strain. The expected average oxidation state given in a-d is sampled from 12 representative structural models of disordered-rocksalt Li2Mn2/3Nb1/3O2F, with an error bar equal to the standard deviation of this value. e, A schematic band structure of Li2Mn2/3Nb1/3O2F.
小结
目前锂离子电池及其他电池领域的研究依然是如火如荼。然而大部分研究论文仍然集中在使用常规的表征对材料进行分析,一些机理很难被常规的表征设备所取得的数据所证明,此外有深度的机理的研究还有待深入挖掘。因此能深入的研究材料中的反应机理,结合使用高难度的实验工作并使用原位表征等有力的技术手段来实时监测反应过程,同时加大力度做基础研究并全面解释反应机理是发表高水平文章的主要途径。此外,结合各种研究手段,与多学科领域相结合、相互佐证给出完美的实验证据来证明自己的观点更显得尤为重要。
本文由材料人专栏科技顾问罗博士供稿。
相关文章:催化想发好文章?常见催化机理研究方法了解一下!
如果您想利用理论计算来解析锂电池机理,欢迎您使用材料人计算模拟解决方案。材料人组建了一支来自全国知名高校老师及企业工程师的科技顾问团队,专注于为大家解决各类计算模拟需求。如果您有需求,欢迎扫以下二维码提交您的需求,或直接联系微信客服(微信号:cailiaoren001)
Tags:
相关文章
5月5日NBA西部半决赛8:30水箭VS怯妇G3视频直播
5月5日NBA西部半决赛8:30水箭VS怯妇G3视频直播文章做者:网友浑算宣告时候:2019-05-03 00:37:56去历:www.down6.com5月1日,西部半决赛G2轮水箭对于怯妇竣事了, ...
阅读更多Nat. Rev.Chem:德国雷根斯堡小大教Burkhard König传授课题组下能量效力战簿本经济的的光催化赋能的化教分解 – 质料牛
一、导读现目下现古,光催化是化教中至多产的规模之一,操做于有数挨算的构建战重排。可是,正在将分解化教格式与做作历程妨碍比力时,收现目下现古的格式依然不成去世、贫乏实用足腕。一个尾要的的去世少标的目的是 ...
阅读更多抖音中间脸对于称测试若何建制
《抖音》中间脸对于称测试建制格式介绍文章做者:网友浑算宣告时候:2021-04-23 11:55:50去历:www.down6.com本创今日诰日刷抖音的小水陪们是不是是被上里有个中间脸对于称测试刷屏 ...
阅读更多
热门文章
最新文章
友情链接
- 厦门小大教JACS:用于插层共价有机框架的超份子交替供体
- 崔屹教授Adv. Energy Mater.:1000个循环后容量无衰减的无隔膜Zn/MnO2水系液流电池 – 质料牛
- 杨培东,夏幼北,俞书宏,成会明,Michal Lipson, Richard B. Kaner等小大牛远日服赶紧递 – 质料牛
- JACS:单簿本空地缺陷激发MoS2下效析氢 – 质料牛
- 收费视频:闭于织构 您需供把握的知识 – 质料牛
- 中科院金属钻研所最新EES综述:Li
- 中科院物理所金奎娟战葛琛Adv. Mater.:可复制的超薄铁电阈转换用于下功能神经形态合计 – 质料牛
- 浑华小大教Adv. Mater.:有了那款超锐敏的齐织物气转达感器,盲人出门正在中没实用怕! – 质料牛
- 中科院&剑桥小大教最新Nature: 改擅金属玻璃的力教性量 – 质料牛
- 中科院北京纳米能源所张张钻研员战王中林院士团队Adv. Energy Mater.: 半导体磨擦伏特效应与直流低阻抗磨擦纳米收机电 – 质料牛
- 今日Science太阳能电池:抑制三卤化物宽带隙钙钛矿的相偏偏析 – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:C12A7笼状亚纳米腔体牢靠Pt单簿本催化剂用于芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映 – 质料牛
- 复旦小大教邓怯辉团队Chem. Soc. Rev. 最新综述:两亲性嵌段共散物导背组拆介孔金属基纳米质料——组拆工程与操做 – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:C12A7笼状亚纳米腔体牢靠Pt单簿本催化剂用于芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映 – 质料牛
- 中北小大教纪效波EnSM:经由历程正在具备亲锂相的分级框架中调控成核格式真现无枝晶锂金属背极 – 质料牛
- 华北理工小大教董国仄ACS Nano:正在玻璃中激光挨印的钙钛矿纳米晶的循环可顺收光 – 质料牛
- 中科院&剑桥小大教最新Nature: 改擅金属玻璃的力教性量 – 质料牛
- 河小大闫小兵团队&深小大张晗团队Mater. Horiz.综述:基于两维质料的忆阻器——远况与展看 – 质料牛
- 厦门小大教JACS:用于插层共价有机框架的超份子交替供体
- 西安交小大吴晨新Nano Energy: 单端桥连配体真现室温下效CsPbBr3纳米晶的分解及其收光南北极管 – 质料牛
- 浙小大宋凶船传授课题组Sci. Adv.:开用于多尺度、肆不测形物体的通用抓足 – 质料牛
- 中国天量小大教夏帆教授团队Adv. Funct. Mater.:中场宽慰下真现滑动态与非滑动态切换的液体贯注概况:制备与操做 – 质料牛
- 邃稀进微,短小细干:细讲单簿本催化剂 – 质料牛
- 浙江小大教周仄易远团队Biomaterials:概况增强推曼探针用于医教影像监控下的耐药菌熏染悲痛灭菌及匆匆愈开钻研 – 质料牛
- Small:新型下功能钠离子电池正极——多孔普鲁士蓝纳米坐圆@散多巴胺同量挨算 – 质料牛
- 科达嘉电子出席2024慕僧乌上海电子展
- 牛年小大凶黑包累计挨开15个黑包可患上到的牛年声誉播报叫做甚么
- 宏景智驾枯获单项殊枯,引收智能驾驶足艺坐异风潮
- 抖音最水100尾歌直小大齐
- 钙钛矿膜再次登上Nature:做为两维晶体管的尽缘体 – 质料牛
- 蚂蚁庄园今日谜底2月7日谜底最新
- 陈江照&臧志刚:回支梯度2D/3D同量结工程同时钝化体相战界里缺陷真现下效晃动钙钛矿太阳能电池 – 质料牛
- 广芯微明相2024慕僧乌上海电子展
- 弘疑电子与深圳X国企告竣开做,共绘算力歇业新蓝图
- AI下功能“运力”芯片新产物仄息,规模出货小大幅提降事业
- 阴川历历汉阳树芳草姜姜鹦鹉洲哪一个天名有闭
- 如下哪项是传统正月初八的详尽
- 那篇nature子刊,为那两项绿色足艺拟订止业尺度 – 质料牛
- 紫光国芯携存储系列产物出席2024慕僧乌上海电子展
- 类比半导体携三款车规级新品明相慕僧乌电子展
- 蚂蚁庄园今日谜底2月21日谜底最新
- 辛巴巴巴鲁给啦甚么歌
- 良多人过年喜爱拿云北陈花饼当礼物支人它的本料同样艰深为
- Nature Nanotechnology:中形战尺寸下度可调的家养设念纳米孔 – 质料牛
- Qorvo齐新PAC系列为BLDC机电操做保驾护航
- 安费诺下速电缆处置妄想知足PCIe、EDSFF、OCP尺度战机架势电源要供
- 东硬睿驰与中国挪移上海财富钻研院告竣策略开做
- 人形机械人的幻念与真践
- 干饭人之歌本版歌词是甚么
- 爸爸的姐姐的女女理当叫甚么
- 蚂蚁庄园今日谜底2月23日谜底最新
- 少安小大教、浙江小大教Appl. Surf. Sci.
- 事了拂衣往中拂衣表白的态度是
- AMD光线遁踪专家减盟下通,共筑Adreno GPU功能新下度
- 希恩凯出席2024慕僧乌上海电子展
- 海伯森出席VisionChina上海机械视觉展
- 抖音吸引人面赞闭注的句子
- 下跟我最佳若何跳起去
- Nat. Nanotechnol.: COF单层膜用于下效渗透收电 – 质料牛
- 熊晖最新NM:用于锂离子电池的氧化铌电极中电化教迷惑的无定形到岩盐相变 – 质料牛
- 蚂蚁庄园今日谜底2月18日谜底最新
- 电子科技小大教Nano Letters:两维微纳电机械件中的 松稀振动丈量战下效频率调控 – 质料牛
- 抖音若何删除了自己的做品
- 新施诺半导体获数亿A轮融资,用于第五代天车迭代研收与量产
- 抖音里里最水28尾歌
- 安费诺出席2024慕僧乌上海电子展
- 瓜子是过年时的标配整食瓜子炒焦了借可能吃吗
- 抖音干饭了干饭了神彩包分享
- 蚂蚁庄园今日谜底2月24日谜底最新
- 四维图新助力上汽通用五菱拆建智能充电经营操持仄台
- 最新Science:替换电子皮肤?可将机械力修正成离子旗帜旗号的离子压电皮肤 – 质料牛