Devido à estreita relação entre o desempenho eletroquímico da fonte de energia eletroquímica e o processo de interface eléctrodo / eletrólito e as etapas de transferência de carga, transporte de iões, formação e conversão de fases, a compreensão do processo de interface em nanoescala é de grande importância para o design e otimização de material do dispositivo. No entanto, o ambiente operacional do sistema de energia é muito complicado, envolvendo o ambiente anóxico anidro, o sistema eletrolítico líquido orgânico / iônico, a interface multifásica e o processo de reação multi-elétrons. Portanto, a imagem eletroquímica in situ de alta resolução O método para obter rastreamento em tempo real e a análise in-situ do processo de reação eletroquímica também é um dos desafios e dificuldades da química eletroanalítica.
Wen Rui, Laboratório-chave de Nanoestruturas Moleculares e Nanotecnologia, Instituto de Química, Academia Chinesa de Ciências, é dedicado à pesquisa in-situ e ao progresso no processo eletroquímico da interface da bateria de lítio. No trabalho anterior, eles usaram o in situ A microscopia de força atômica (AFM) capta a nucleação inicial da membrana de interface eletrolítica em estado sólido (SEI) em uma superfície de grafite pirolítica altamente orientada (HOPG) de baterias de iões de lítio nanométricas em um líquido iónico como 'BMP' + 'FSI'- O crescimento gradual e a evolução da formação do filme e revelou as propriedades interfaciais dos filmes SEI em diferentes líquidos iónicos e sua correlação com o desempenho celular. Resultados relevantes foram publicados na ACS Applied Materials & Interfaces.
Além disso, os pesquisadores realizaram uma série de estudos sobre a reação eletroquímica nas interfaces de baterias de lítio e enxofre com alta densidade de energia teórica (2600 Wh / kg). A análise electroquímica AFM e espectroscópica foi utilizada para caracterizar os produtos de redução durante a carga e descarga de enxofre de lítio As morfologias in situ da interface e o crescimento / dissolução de sulfeto de lítio e persulfato de lítio foram monitorados (Figura 1). Também sugeriu que a agregação interfacial induzida por reação irreversível de persulfato de lítio durante o ciclismo leva à passivação de eletrodos e à degradação celular Uma das razões é que a imagem in situ sob controle de corrente constante mostra que a densidade atual afeta a morfologia da interface e o tipo de sedimento, revelando intuitivamente a correlação estrutura-propriedade. Os resultados relevantes foram publicados na edição internacional Angewandte Chemie.
Recentemente, os pesquisadores usaram o AFM eletroquímico para explorar ainda mais o comportamento da interface e o mecanismo de reação das baterias de lítio e enxofre no eletrólito baseado em LiFSI em alta temperatura (Figura 2). Estudos descobriram que a alta temperatura de 60 ℃, a descarga da interface do cátodo / eletrólito No processo, um filme de interface funcional composto por nanopartículas de LiF é formado in situ e o polissulfureto de lítio de cadeia longa no eletrólito é capturado pelo efeito de tamanho físico e quimisorção. Esse processo é benéfico para inibir o efeito de transporte de polissulfureto e Reações secundárias e aumentar a reversibilidade da reação eletroquímica na interface. A caracterização e a análise in situ fornecem uma explicação do mecanismo de interface direta para o comportamento eletroquímico de alta temperatura em nanoescala e também fornecem design e desempenho de eletrólitos para baterias de lítio e enxofre A ascensão fornece orientação e idéias. Os resultados relevantes são publicados na Edição Internacional Angewandte Chemie.
A pesquisa foi apoiada pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, a Fundação Nacional de Ciência Natural da China e a Academia Chinesa de Ciências.
