科学家发明原位表面科学方法 揭示铝离子电池失效机制

在大规模应用中，储能设备（ESD）对安全性和循环寿命都有着极高的要求。因此，探索 ESD 的运行和失效机制都很重要。最近，由中国科学院大连化学物理研究所傅强教授领导的研究小组通过原位表面科学方法，揭示了静电放电的气体依赖性弛豫和失效机制。该成果最近发表在《美国化学会杂志》上。

现有的表征技术，如 X 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线光谱和形貌，以及核磁共振（NMR），都是基于电极或电解质的块状区域，它们忽略了制约 ESD 运行和失效的关键表面/界面行为。

研究人员通过原位拉曼、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）可视化了ESD中依赖气体的松弛和失效过程。

他们发现，对于铝离子电池（AIB），石墨电极在无水气氛中的弛豫效应表现为可恢复的阶段性结构变化和电子弛豫。通过原位XPS，这些机制可以被描述为石墨电极内阴/阳离子对的重新分布。

一旦暴露在含水环境中，来自环境的H2O分子可以插进石墨电极，新插进的H2O和离子之间可以诱发水解反应。在H2O插层和水解之后，石墨电极发生了失效行为，表现为阶段性的结构退化和电子解耦。