Nature发表麦立强课题组实时监测电池老化的评述论文

发布:2017-7-5 来源:新材料研究所 浏览:5774 字体:
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  新闻经纬讯 近日,我校麦立强教授、华盛顿大学晏梦雨博士和哈佛大学赵云龙博士受Nature杂志邀请联名发表了题为“实时监测电池老化(Track batteries degrading in real time)的专题评论文章。该文结合麦立强教授及其团队多年来在该领域的研究成果和工作经验,评述了实时监测电池老化过程的重要性以及目前的技术发展状况,对该领域今后的发展方向和策略提出了自己的见解和建议。

  锂离子电池被认为是目前最具前景的能量存储设备,被广泛应用于清洁电力、电动汽车、便携式电子器件等领域。电池的安全问题及如何准确监控电池的老化过程是该领域面临的重要难题。工作中的锂离子电池就如同一个黑匣子,研究人员需要在材料充电放电过程中或是经过一系列循环后打开它以检测材料的状态。但是,打开这个黑匣子可能会改变电池中的物质成分,或者只能获得一部分的信息,这将影响甚至无法实现电池老化过程准确实时的检测。为此,麦立强教授及其团队自2008年就开始这项研究,他们研制的电池器件使用硅纳米线作为电极,可以在电池的工作过程中实时追踪电荷的传输及纳米线结构的变化,从而率先从实验上揭示了电池老化和电极衰减的原因与机制。电池材料的结构变化也被其他研究者通过原位高分辨透射电镜观察进一步揭示。随后,X射线(衍射、吸收等)、核磁共振、拉曼光谱、红外光谱等技术也被应用于电极材料的实时监测。随着电极材料的电化学过程和老化机制逐渐被揭示,包括作者团队在内的研究者们也提出了一些可能的解决方案,比如制备不易结构变形的电极材料或是预先就将锂离子植入在电极材料中。

  然而,单一原位测试技术的使用常常具有局限性,得出的结果往往不够准确。本文作者建议,需将多种原位技术组合使用,相互印证。同时,在原位测试中,需要尽量模拟电池真实运行过程中的状态,降低检测技术本身对材料的影响和破坏。这样才能获得更为准确的电化学原位测试结果。还需要继续开发具有高时间分辨率、高空间分辨率的电池原位监测技术,深入揭示电化学界面反应和反应动力学,从而更加深入理解电池的老化机制。

  同时,作者指出,实时监测和原位研究需要的仪器相对于独立的研究团队来说较为昂贵,所需的监测技术也需要跨领域的专业人才,从纳米制造到光学和电化学都会涉及。此外,学术界的重视度也是一个因素,毕竟这可能是对现有技术的进一步完善和提升。面对这种现状,作者呼吁,原位电化学和电池老化实时追踪技术的发展需要政府、学术界与工业界的有效合作,在实际的合作中,工业界可协助解决技术问题。这将降低研发成本,跨越技术阻碍并加快最终的商业化。作者指出,我国“国家重点研发计划”倡导和实施的“全链条”研究对这一领域的发展起到积极的推动作用。通过政府、学术界、工业界的合作,将实现电化学原位技术从“基础研究”到“产业应用”的跨越,最终实现锂离子电池的性能提升和新一代电池的研制,为新能源电动汽车等领域的发展提供重要的技术支持。

  麦立强教授是我校“长江学者”特聘教授、国家杰出青年基金获得者、万人计划领军人才,现任材料科学与工程国际化示范学院国际事务院长,所带领的团队围绕高性能纳米线电化学储能器件,重点开展了纳米线储能器件的设计组装、原位表征、电输运、储能机理及其关键材料的设计构筑、性能调控及应用开发。

  原文链接:http://www.nature.com/news/track-batteries-degrading-in-real-time-1.22169

关键词:Nature发表麦立强论文

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