充放电研究

近几年中国锂电池的出货量持续增长，对电池的各种研究也在不断深入。锂离子电池充电后，其中的活性物质会发生体积膨胀，原位表征技术成为分析工作中的重要手段。这种变化有时并不显著，利用原位CT可以捕获微小变化的差异，让分析工作更加简单，品质管理更科学可靠。 小型锂电池外观电池整体的断面图像图中可见，间隙部分的增大。 放、充电后电池各层电极将放、充电后电池各层电极的图像进行对比，可见电极厚度上有微小膨胀，最终导致整体厚度的增加。 岛津微焦点X射线CT系统 inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus——一款支持锂电池充放电试验的微焦点CTinspeXioSMX-225CTFPDHRPlus（可搭载充放电系统） • 人性化操作的理念贯穿整个设计。即使CT试验的步骤简化到三步，依然能拍摄出高质量的数据。• 维护保养简便易行，让设备的使用无后顾之忧。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

作者：RenataLewandowska,MiyokoOkada,TomokoNumata翻译：文军锂离子电池成就的奇迹谈起新能源汽车，就不得不说美国的“特斯拉汽车公司”，目前其打造的纯电动车采用为先进的锂离子能量存储，理论上48万公里行驶后电池衰减比例仅有5%。而其所配备的能量再生制动系统则可在车子减速时为锂离子电池组充电，使得车子在行走途中就可获得能量的补给。特斯拉MODEL 3可以说锂电池技术的发展不仅将特斯拉的新能源汽车变成了现实，创造了奇迹，更成就了特斯拉汽车公司CEO埃隆马斯克成为继乔布斯外第二个全球科技狂人。2017年5月9日，《时代》杂志发布了2017年“科技领域有影响的20人”榜单，埃隆马斯克上榜。随着对动力需求的不断增长和日趋复杂化，如何提高锂离子电池的性能始终是锂电池领域各厂家致力于突破的一个非常重要的课题。令人欣喜的是，激光拉曼光谱技术被越来越多的研究人员用于该领域的探索和突破。这种非接触的快速分析技术，能够直接分析材料中的结构变化，而不对材料产生影响。拉曼光谱技术已经被用作锂电池在充放电循环过程中的实时的原位分析，从而实现标准分析，包括材料结构和电子属性、耐久性，以及自动质量控制测试等。此外，新的研究还表明：拉曼光谱可以用于研究这些电池生命周期的各个阶段，诸如复杂体系中的新材料的表征、故障分析等。因篇幅有限，今天，本文重点为您揭示显微拉曼光谱在锂电池充放电过程中对正材料和负材料是如何进行分析的。 ▎如何分析?锂离子电池充放电过程中，锂离子经由电解液在两电之间穿梭，会带来两个电材料的结构变化。理想状态之下，这些变化都是可逆的。但是在实际情况中，充放电过程会给电池的正负电造成某些不可逆转的变化。那么它们的变化是怎样的？让我们通过拉曼光谱的“正分析”与“负分析”一窥究竟吧。01正分析锂离子电池常用的正材料是层状的锂钴氧（LiCoO2，LCO）材料。在充放电过程中，锂离子在层状的氧化钴八面体结构中重复地进行着插入—脱出过程。研究表明，电池过放电会导致氧化钴层的不可逆转的分解，成为氧化钴(CoO)和氧化锂(Li2O)；而电池过充电则会导致LiCoO2转变成二氧化钴（CoO2）。所有这些变化都可以利用拉曼光谱进行观察。如下图1所示，拉曼光谱特征峰（橙色）属于锂钴氧正，而拉曼光谱谱线（红色）显示出了属于二氧化钴（CoO2）的特征峰。图1.正材料中有无CoO2的光谱区别.下图2是经历了一次充放电循环过程后，正材料的拉曼成像结果，拉曼成像清楚显示出了二氧化钴（CoO2）的存在，佐证了电池发生过充。图2. 经历了一次充放电循环过程后的锂钴氧正材料的拉曼成像蓝色对应非晶态碳，橙色对应锂钴氧，红色点对应不同浓度二氧化钴除了上述佐证正材料过充现象的存在，研究人员还利用拉曼光谱去寻找和研究新的正材料，比如不同种类的锂-过渡金属混合氧化物，如Li(Ni, Mn, Co)O2，LiMn2O4，这是目前研究的热点材料。这些材料各自具有不同的拉曼光谱特征峰，如下图3所示，拉曼光谱可为新型电材料研究提供技术支持。图3. LiCoO2、Li(Ni, Mn, Co)O2，LiMn2O4，Li2TiO3的拉曼光谱图02负分析锂离子电池常用的负材料是石墨，经过反复充放电循环以后，石墨电会发生退化。在石墨的拉曼光谱中，D峰和G峰的相对强度ID/IG比值与石墨电结构的损坏有着密切的关系。随着石墨电结构的退化，D峰的强度不断增加。在下图4中我们可以看出相对强度的变化。图5的拉曼成像中，可以清楚地看到石墨电结构的变化。图4. 具有不同相对比值ID/IG的石墨正材料的拉曼光谱图5. 石墨负经历一个充放电循环之后的拉曼成像：蓝色区域对应于缺陷较少的石墨，深蓝色区域对应于缺陷较多的石墨，橙色区域对应于树脂粘结剂。 ▎总结和展望由于拉曼光谱能够应对锂离子电池各类研发的需求，并满足在线自动质量控制的要求，因而借助拉曼光谱的探索，锂离子电池必将能够发挥出更大的“能量”。如果您对本文案例感兴趣，欢迎您点击识别下方二维码索取详细文章。 在下一篇文章中，我们将为您介绍拉曼光谱在锂电池充放电过程中对电解液如何进行分析，带您了解该项技术的其他应用，欢迎您的关注。手机识别二维码 阅读原文后，小编欢迎您留言说说看，您身边的锂电池应用都有哪些？特斯拉你已经开起来了吗？ ▎延伸阅读R. Baddour-Hadjean and J.-P. Pereira-Ramos, Chem. Rev., 110 (2010)1278–1319.V. A. Sethuraman, L. J. Hardwick, V. Srinivasan, R. Kostecki, Journal of Power Sources, 195 (2010) 3655–3660.R. Kostecki, J. Lei, F. McLarnon, J. Shim, K. Striebel, J. Electrochem.Soc., 153 (2006) A669-A672.R. Kostecki, X. Zhang, P.N. Ross Jr., F. Kong, S. Sloop, J.B. Kerr, K.Striebel, E. Cairns, F. McLarnon, F., report LBNL-48359, DOI:10.2172/861953.Paul Scherrer Institute, http://www.psi.ch/lec/electrochemical-energy-storage.Berkley Energy Storage & Conversion for Transportation and Re-newablesProgram, http://bestar.lbl.gov/HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

p 　　可逆锌空气电池具有价格低廉、环境友好和能量密度高(1084Wh kg-1)等优势，在便携式交通工具和能量储存器件应用方面潜力巨大。该电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂，但存在动力学缓慢及循环稳定性差等问题。因此，发展廉价、高效的双功能催化剂，对于推动可逆锌空气电池的实际应用具有重要意义。 /p p 　　氮化物，如Ni3FeN等，因其独特的电子结构和半金属特性，在电催化氧气还原反应(OER)中，表现出优异的性能。但将Ni3FeN应用于可逆锌空气电池中，面临两个问题：一是氮化物的ORR活性低 二是氮化物的在合成过程(氨气气氛煅烧)中易团聚，难以得到更小尺寸、更多活性位暴露的氮化物，阻碍其OER性能的进一步提升。 /p p 　　近日，中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究团队研究员张铁锐课题组采用“一石二鸟”的策略，通过引入钴氮共掺杂碳载体(Co,N-CNF)，有效减轻Ni3FeN在高温合成过程中的团聚问题，从而缩小其尺寸至14nm 同时Co,N-CNF本身具备优良的ORR性能。因此，Ni3FeN/Co,N-CNF复合物的OER性能明显优于贵金属IrO2，ORR性能超过商业化Pt/C，该双功能催化剂可实际应用于可逆锌空气电池，并在高电流密度(50 mA cm-2)下长时间稳定工作。该策略为设计和合成多功能催化剂提供了新思路，可广泛应用于金属空气电池、可充放电式燃料电池、全分解水以及其他能源领域。 /p p 　　研究结果以3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’Cathodes为题发表在Nano Energy上。 /p p 　　研究工作得到科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、国家“万人计划”-青年拔尖人才支持计划、中科院战略性先导科技专项(B类)等的支持。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/9fe2701e-b381-4d1d-a592-676044849fe8.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong Ni3FeN/Co,N-CNF复合物应用于可逆锌空气电池 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 论文链接：3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle & nbsp Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’ Cathodes /p

电动汽车电池及充放电标准将在“十二五”期间出台 　　电动汽车换电池只需一分钟 　　全国政协委员、中国工程院院士、东北电网有限公司名誉总工程师黄其励在全国两会期间透露，目前国家电网正在研究电动汽车充电、电池生产等相关标准，预计将在“十二五”期间出台。 　　据悉，为了发展新能源汽车，目前各省市都计划或试点建设了充电站和充电桩。但是电动汽车充电需要时间，快速充电要10分钟，正常充电要1个小时。因此国家电网正在研究汽车充电换电池的方案及相关标准，但这首先需要全国出台相关的统一标准。 　　黄其励说，对于充电站来说，电动汽车的电池可以统一进行充电，充电的时间也可以灵活掌握，比方可以在全国用电低谷的时候充电。对于汽车用户来说，只需要把原来的电池卸下来，把充满电的电池再装上去就行，1分钟之内就可以换好电池，会比加油还简单。 　　据悉，充电、换电池的工作现在由哪个部门来负责尚未确定，但大家普遍认为由电力公司来统一操作比较合适。黄其励认为，电动汽车充电可换电池的相关国家标准只要一出台，电动汽车的发展就会非常快了。 　　据介绍，现在推广电动汽车最大的问题就是电池造价问题。“刚开始可能电池的价格会比较高，一般家庭买不起。但政府可以适当给予一些补助，鼓励购买新能源汽车，情况就会好起来。”黄其励说。

根据标准制修订计划，相关标准化技术组织已完成《锂离子电池和电池组充放电测试设备规范》等45项行业标准和《锂离子电池组安全设计指南》等73项国家标准的制修订工作。在以上标准批准发布之前，为进一步听取社会各界意见，现予以公示，截止日期2022年5月26日。以上标准报批稿请登录中国电子工业标准化技术协会网站（www.cesa.cn）“标准报批公示”栏目阅览，并反馈意见。公示时间：2022年4月27日－2022年5月26日附件：1.45项电子行业标准名称及主要内容2.73项推荐性国家标准名称及主要内容工业和信息化部科技司2022年4月27日

近日，记者从哈尔滨工业大学了解到，东颐-哈工大新型电池联合研发技术中心签约仪式在该校举行。今后双方将共同研制可用于电动汽车的新型“超级锂电池”。 　　据了解，哈工大化工学院王殿龙课题组研制出了具有快速充电性能的“石墨烯/磷酸铁锂复合储能材料”。该储能材料既具有超级电容器材料的快速充电性能，又具有锂离子电池材料的高比容量。化工学院与东颐新能源科技有限公司合作组建东颐-哈工大新型电池联合研发技术中心，利用“石墨烯/磷酸铁锂复合储能材料”，联合研制基于超级电容复合锂离子嵌入充放电机理的新型“超级锂电池”。据悉，将这种能量密度高、充放电速度快的新型电池用作纯电动汽车(BEV)和插电式混合电动车(PHEV)的动力电源，可以大大缩短充电时间。

研究镀层特性，有哪些常用的分析技术? 　　如今，大多数材料不是多层结构，如薄膜光伏电池、LED、硬盘、锂电池电极、镀层玻璃等就是表面经过特殊处理或是为改善材料性能或耐腐蚀能力采用了先进镀层。为了很好地研究和评价这些功能性镀层特性，有多种表面分析工具应运而生，如我们熟知的X射线光电子能谱XPS、二次离子质谱SIMS、扫描电镜SEM、透射电镜TEM、椭圆偏振光谱、俄歇能谱AES等。 　　为什么辉光放电光谱技术受青睐? 　　辉光放电光谱仪作为一种新型的表面分析技术，虽然近年来才崭露头角，但已受到了越来越多的关注。与上述表面分析技术相比，辉光放电光谱仪在深度剖析材料的表面和深度时具有不可替代的独特优势，它的分析速度快、操作简单、无需超高真空部件，并且维护成本低。 　　辉光放电光谱仪最初起源于钢铁行业，主要被用于镀锌钢板及钢铁表面钝化膜等的测定，但随着辉光放电光谱技术的逐步完善，仪器的性能也得以提升，可分析的材料越来越广泛。 　　其性能的提升表现在两方面：一方面随着深度分辨率的不断提升，辉光放电光谱技术已可以逐渐满足薄膜的测试需求。现在，辉光放电光谱仪的深度分辨率可达亚纳米级别，可测试的镀层厚度从几纳米到150微米，某些特殊材料可以达到200微米。 　　另一方面是辉光源的性能改善，以前辉光放电光谱仪主要用于钢铁行业的测试，测试的镀层样品几乎都是导体，DC直流的辉光源即可满足该类测试，但随着功能性镀层的不断发展，越来越多的非导体、半导体镀层出现，这使得射频辉光源的独特优势不断凸显。射频辉光源既可以测试导体也可以测试非导体样品，无需更换任何部件和测试方法，使用方便。如果需要测试热敏材料或是为抑制元素热扩散则需选用脉冲射频辉光源。脉冲模式下，功率不是持续性的作用到样品上，可以很好地抑制不期望的元素扩散或是造成热敏样品的损坏，确保测试结果的真实准确。 　　辉光放电光谱的工作原理 　　辉光放电腔室内充满低压氩气，当施加在放电两极的电压达到一定值，超过激发氩气所需的能量即可形成辉光放电，放电气体离解为正电荷离子和自由电子。在电场的作用下，正电荷离子加速轰击到(阴极)样品表面，产生阴极溅射。在放电区域内，溅射的元素原子与电子相互碰撞被激化而发光。 辉光放电源的结构示意图，样品作为辉光放电源的阴极 　　整个过程是动态的，氩气离子持续轰击样品表面并溅射出样品粒子，样品粒子持续进入等离子体进行激化发光，不断有新的层在被溅射，从而获得镀层元素含量随时间的变化曲线。 　　辉光放电等离子体有双重作用，一是剥蚀样品表面颗粒 二是激发剥蚀下来的样品颗粒。在空间和时间上分离剥蚀和激发对于辉光放电操作非常重要。剥蚀发生在样品表面，激发发生在等离子体中，这样的设计可以很好地抑制基体效应。 　　氩气是辉光放电最常用的气体，价格也相对便宜。氩气可以激发除氟元素外所有的元素，如需测试氟元素或是氩元素时需采用氖气作为激发气体。有时也会使用混合气体，如Ar+He非常适合于分析玻璃，Ar+H2可提高硅元素的检出，Ar+O2会应用到某些特殊的领域。 　　光谱仪的主要功能是通过收集和分光检测来自等离子体的光以实现连续不断监控样品成分的变化。光谱仪的探测器必须能够快速响应，实时高动态的观测所有元素随深度的变化。辉光放电光谱仪中多色仪是仪器的重要组成部分，是实现高动态同步深度剖析的保障。而光栅是光谱仪的核心，光栅的好坏决定了光谱仪的性能，如光谱分辨率、灵敏度、光谱仪工作范围、杂散光抑制等。辉光放电是一种较弱的信号，光通量的大小对仪器的整体性能有至关重要的影响。 　　如何进行定量分析? 　　和其他光谱仪一样，通过辉光放电光谱仪做定量分析也需要建立标准曲线。不同的是，辉光放电光谱仪的标准曲线不仅是建立信号强度和元素浓度之间的关系，还会建立时间和镀层深度间的关系。 　　下图是涂镀在铁合金上的TiN/Ti2N复合镀层材料的元素深度剖析，直接测试所得的信号强度(V)vs时间(s)的数据经过标准曲线计算后可获得浓度vs深度的信息，可清晰的读取各深度元素的浓度。 　　想建立标准曲线就会涉及到标准样品，传统钢铁领域已经有非常成熟的方法及大量的标准样品可供选择。然而一些先进材料和新物质，很难找到标准样品做常规定量分析。HORIBA研发的辉光放电光谱仪针对这类样品开发了一种定量分析方法，称为Layer Mode，该方法可以使用一个与分析样品相类似的参比样品建立简单的标准曲线，实现对待测样品的半定量分析。 　　辉光放电光谱的主要应用 　　除了传统应用领域钢铁行业，辉光放电光谱仪现在主要应用于半导体、太阳能光伏、锂电池、硬盘等的镀层分析。下面就这些新型应用阐述一下辉光放电光谱仪的独特优势。 　　1. 半导体-LED芯片 　　如上图所示，LED芯片通常是生长在蓝宝石基底上的多镀层结构，其量子阱活性镀层非常薄(仅有几纳米)，而且还包埋在GaN层下。这种结构也增加了分析的难度。典型的表面技术如SIMS和XPS可以非常好表征这个活性镀层，但是在分析过程中要想剥蚀掉上表面的GaN层到达活性镀层需要耗费几个小时，分析速度慢，时效性差。 　　辉光放电光谱仪的整个分析过程仅需几十秒即可获得LED芯片镀层中各元素随深度的分布曲线，可快速反馈工艺生产过程中遇到的问题。 　　2、太阳能光伏电池 　　太阳能电池中各成分的梯度以及界面对于光电转换效率来说至关重要，辉光放电光谱仪可以快速表征这些成分随深度的分布，并通过这些信息优化产品结构，提高效率。分析速度快、操作简单、非常适用于实验室或工厂大量分析样品。 　　3、锂电池 　　锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。 　　锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。 　　同理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。 　　辉光放电光谱仪可以通过测试正负电极上各种元素随深度的分布来判定其质量及使用寿命等。 　　辉光放电光谱仪除独立表征样品外，还可以和其他分析手段相结合多方位全面的进行表征。如辉光放电光谱仪可以与XPS、SEM、TEM、拉曼和椭偏等技术共同分析。 　　总体来说，辉光放电光谱仪是一种非常方便快速的镀层分析手段。它的出现极大地解决了工艺生产中质量监控、条件优化等问题，此外还开拓了新的表征方向。 　　关于HORIBA 脉冲射频辉光放电光谱仪 　　HORIBA研发的脉冲射频辉光放电光谱仪是一款用于镀层材料研究、过程加工和控制的理想分析工具。脉冲射频辉光放电光谱仪可对薄/厚膜、导体或非导体提供超快速元素深度剖析，并且对所有的元素都有高的灵敏度。 　　脉冲射频辉光放电光谱仪结合了脉冲射频供电的辉光放电源和高灵敏度的发射光谱仪。前者具有很高的深度分辨率，可对样品分析区域进行一层层剥蚀 后者可实时监测所有感兴趣元素。 　　(本文由HORIBA 科学仪器事业部提供)

p style=" text-indent: 2em " 随着可再生能源开发利用规模的不断扩大及智能电网产业的迅速崛起，储能技术的重要性日益凸显。记者7日获悉，由美国斯坦福大学崔屹教授领衔的研究团队介绍了一种可循环充电1万次以上的锰氢气电池，可实现10年以上的稳定性能。该成果发表在《自然· 能源》上。 /p p style=" text-indent: 2em " 据该成果的第一作者、美国斯坦福大学材料科学与工程学院的陈维博士介绍，他们发明的锰氢气电池使用高表面积的碳作为正极集流体，易溶于水的硫酸锰盐作为电解液，由催化剂控制的氢气作为负极。该电池从设计、充放电原理、测试方法和性能上都有别于以往任何水系电池。 /p p style=" text-indent: 2em " 成果显示，锰氢气电池具有非常优异的电化学性能，比如稳定的放电电压1.3伏，高倍率的放电电流100mA/cm2，大于1万次的稳定循环，以及较高的质量能量密度139Wh/kg和体积能量密度210Wh/L。而且，该电池很容易放大用于大规模储能。 /p p style=" text-indent: 2em " 大规模储能是实现可再生能源普及应用的核心技术。现有的大规模储能技术（如抽水储能、压缩空气储能）以及各种蓄能电池（如锂离子电池、钠硫电池、液流电池）等均存在不同的问题，远不能满足大规模储能廉价、安全、高能量密度和高稳定性的要求。崔屹表示：“锰氢气电池的发明将对大规模储能的格局产生重要影响，进一步缓解由传统化石能源带来的严重碳排放和空气污染。” /p

圆柱电芯的膨胀力主要源于电池内部的化学反应和充放电过程中的物理变化。在充电过程中，正极上的活性物质释放电子并嵌入负极，导致正极体积减小，负极体积增大。同时，电解液在充电过程中发生相变及产气副反应，也会造成一定的体积变化。这些因素共同作用，使得圆柱电芯在充放电过程中也会产生膨胀力。随着充放电次数的增加，这种膨胀力逐渐累积，导致电芯的尺寸发生变化。这种尺寸变化不仅会影响电池的外观和使用寿命，还可能对电池的安全性产生影响。因此，准确表征圆柱电芯的膨胀力对于优化电池设计、提高电池性能和安全性具有重要意义。表征圆柱电芯膨胀行为的方法电池的膨胀行为分为尺寸上的膨胀量和力学上的膨胀力测量。目前，对于软包电池、方壳电池膨胀行为的测量表征，已有较多研究和相应的测试手段及设备，在此不再赘述。但对于圆柱型电池的膨胀行为研究相对较少，也没有较好的商业化膨胀力评估手段。目前在文献资料中，常见的圆柱电芯膨胀行为的表征手段主要有以下几种：1、估算法如图1和图2所示，有研究表明圆柱型电池的膨胀变化与电池的SOC和SOH状态具有一定的相关性。但该方法建立在圆柱型电池的膨胀在整个圆周上是均匀的。图 1 单次充放电过程中，圆柱型电池的可逆膨胀变化图 2 电池老化过程中，圆柱型电池的SOH变化与不可逆膨胀之间的关系直接测量法通过在圆柱电芯外部施加压力，通过贴附应变片测量应变，该方式计算复杂，无法直观体现膨胀力。2、影像分析法影像分析法是一种无损检测方法，如利用CT断层扫描、中子成像、X射线、超声波等影像技术观察电芯内部的形变情况，通过分析影像的变化来测算电芯尺寸变化。这种方法适用于多种类型的圆柱电芯，且对电芯无损伤。然而，影像分析法需要使用昂贵的专业设备，且测量精度易受到设备性能和操作人员经验的影响。3、薄膜压力法一般需解剖圆柱电池，在电芯内部嵌入薄膜压力传感器或压敏纸的方式，从而获得圆柱电芯在不同方位上的膨胀力分布情况。但薄膜压力传感器精度一般较低，成本高；而压敏纸分析，具有滞后性。该测试均为破坏性测试。表征圆柱电芯膨胀行为存在的问题有研究表明，圆柱型电池电池实际的膨胀是明显偏离预期的均匀膨胀，在周长上会形成膨胀和收缩的区域，这取决于圆柱型电池的卷芯卷绕方向。因此，使用体积变化来研究老化或预测SOC需要特别谨慎，因为膨胀会因测量位置而显著不同，测量结果可能因测量方法而有偏差。电弛膨胀测试解决方案电弛自主研发的电池膨胀测试系统，高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。该系统可对多种电池种类和电池形态的电池进行膨胀行为测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池(全电池、半电池、对称电池、扣电三电极)、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展手动加压、自动加压、恒压力、脉冲恒压、恒间距、压缩模量等不同测试模式的研究。本产品还可方便扩展与电池产气测试、内压测试、成分分析的定制集成。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。参考文献Jessica Hemmerling, 2021. Non-Uniform Circumferential Expansion of Cylindrical Li-Ion Cells—The Potato Effect. Batteries, 7, 61.

水系锌离子电池（ZIBs）是一种安全环保且可大规模应用的新兴储能电池，而如何开发出耐用、稳定且有益于Zn2+快速嵌入/脱出的正材料是目前主要面临的挑战。美国华盛顿大学曹国忠教授等人合作在Nano Energy上发表了题为“Fast and reversible zinc ion intercalation in Al-ion modified hydrated vanadate”的水系锌离子电池相关研究成果。该研究通过水热合成法引入Al3+，有效的改善了纯水合氧化钒 (VOH) 正材料用于水系锌电池中的缺点：包括提升其离子迁移率和循环稳定性等[1]。Al3+的成功掺入，在改变V原子局部原子环境的同时，增加了材料中V4+的含量，使得合成的 Al-VOH 材料具有更大的晶格间距和更高的电导率，实现了Zn2+的快速迁移和电子转移。该正材料在50 mAg-1下的初始容量达到380 mAhg-1，且具有较好的长期循环稳定性（容量保持超过 3000 次循环）。值得一提的是，该团队通过利用台式X射线吸收精细结构谱仪（easyXAFS300+）获得了V k边的边前及近边结构谱图，并对Al3+掺杂的VOH正材料进行了深入的研究，从而揭示了引入Al3+后，VOH的结构变化及充放电过程中的有利作用等。图1(a)，(b)和(c)所示分别为Al-VOH的SEM，TEM和EDS图，分别对样品的形貌和元素分布进行了分析。图d和e分别展示了Al掺杂前后VOH的电池性能对比图，可以看出掺杂后，电池的倍率性能和循环稳定性有了较大的提升。随后研究人员进一步通过X射线吸收谱对掺杂前后的正材料进行表征。结合X射线吸收谱相关理论可知，吸收边边前谱主要发生的是在偶规则下，内层电子跃迁到空的束缚态，包含了体系的对称性和轨道杂化等信息。吸收边位置主要发生电离过程，其位置反应了吸收原子的氧化态信息。而近边谱主要涉及的是多重散射共振，反映了吸收原子紧邻原子的空间结构信息。边前结构主要反应了体系对称性和d轨道未占据态的数量[2]。如图1g所示，标准的V2O3和VO2主要是对称的[VO6]八面体结构，但V3+未占据的d轨道较少，所以V3+的边前锋强度稍低于V2O3和VO2。V2O5是不对称的[VO5]棱锥结构，未占据的d轨道更多，所以展现出更强的边前吸收峰。对于VOH来说，前边前锋强度在VO2和V2O5之间，表明其主要存在交替的[VO6]和[VO5]结构。然而，Al-VOH的边前峰比VOH更强，这是由于体系中Al-VOH中V4+比例较高，说明Al3+的引入（Al-O配位和O空位的产生）增加了V周围结构的不对称性，导致了结构的扭曲。根据 V的k-edge位置计算出V4+在Al-VOH和VOH的比例分别为29.3%和13.0%[3]。综合ICP及XANES结果，可以得出在Al3+的引入同时， O原子也被带入到VOH体系中，从而引发V4+含量的提升。图1. Al-VOH的(a)SEM图；(b)TEM图；(c)EDS图 (d)电池倍率性能对比图；(e)电池循环稳定性对比图；(f)充放电前后样品的Zn2+ XPS表征图 (g)归一化后Al-VOH及常见钒氧化物的V k边边前及近边吸收结构谱；(h)充放电后Al-VOH及常见钒氧化物的V k边边前及近边吸收结构.如图1(h)所示，放电过程中，Al-VOH中V的k-edge边前峰强度下降，主要是由于V被部分还原，其未占据的d轨道数目下降导致的。而充电后，其边前峰的强度有所提升，但与原始Al-VOH相比还是低了一点。进一步通过k-edge位置算出V4+在充放电过程中的比例分别为45.2%和放电87.0%，可证明部分Zn2+残留在正材料中（次充电后，图1(f) XPS亦可证明）。综合上述结论可以验证：（1）残留的Zn2+导致了正材料中V4+的比例提升，有利于后续的电化学过程，且高浓度的Zn2+可以加速V4+/V3+的还原反应；（2）更高比例的Zn2+可以和Al3+一起支撑Al-VOH的主体结构，从而避免层状材料在充放电过程中的过度晶格收缩和结构退化。如图2所示，在不依赖稀缺性强的同步辐射光源的情况下，台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS可以对材料的原子、电子结构（键长，配位数，无序度，平均价态，结构构型等）进行精细表征，且可得到科研别高分辨率谱图数据，这将助力更多研究人员在常规的实验室环境中即可实现X射线吸收精细结构的测量和分析，实现更高质量的科学研究。图2.(a) XAFS技术示意图；（b）罗兰环单色器设计；（c）easyXAFS公司台式XAFS谱仪及创始人Devon Mortensen 参考文献：[1] Zheng J, Liu C, Tian M, et al. Fast and reversible zinc ion intercalation in Al-ion modified hydrated vanadate[J]. Nano Energy, 2020, 70: 104519.[2] Sun Z, Liu Q, Yao T, et al. X-ray absorption fine structure spectroscopy in nanomaterials[J]. Science China Materials, 2015, 58(4): 313-341.[3] Jahrman E P, Pellerin L A, Ditter A S, et al. Laboratory-based x-ray absorption spectroscopy on a working pouch cell battery at industrially-relevant charging rates[J]. Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166(12): A2549.

直播预告！6月1日，北京工业大学材料与制造学部张跃飞研究员将会在仪器信息网举办的“第三届锂离子电池检测技术及应用网络会议”上，在线为大家讲解其团队近期发表在国际顶级期刊ACS Energy Letters（IF：19）上，关于锂离子电池材料表界面改性与性能衰退机制原位电子显微学研究成果。直播时间：6月1日下午16:00-16:30报告人：北京工业大学材料与制造学部研究员 张跃飞报告题目：锂离子电池材料表界面改性与性能衰退机制原位电子显微学研究免费报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ldc2021/成果概述为了探究循环过程中富镍二次颗粒内部体相微结构的演变过程，近日，北京工业大学材料与制造学部张跃飞研究员和吕俊霞副研究员等人通过构建扫描电镜-电化学工作站联合测试系统，以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NMC-811）正极为研究对象，开展了电池工况条件下的原位扫描电子显微学研究。在纳米级分辨水平实时观察到了富镍正极NMC-811二次颗粒在充放电循环过程中内部微裂纹形成与扩展的演变过程，表征了不同电压窗口下正极材料裂纹的产生过程，发现了高电压充放电裂纹更容易形成，初始裂纹均形核于颗粒内部，并沿着晶界向外扩展。直接的实验证据研究表明NMC-811二次颗粒内部裂纹形成后随充放电循环次数呈现“生长-暂停-生长”的周期性扩展规律。这些结果在纳米分辨水平展示了层状正极材料充放电早期裂纹产生的全景图像，对进一步提升NMC-811的循环寿命提供了直接实验依据。博士研究生程晓鹏为本文第一作者，共同第一作者为李永合博士（德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）洪堡博士后），其他主要参与作者曹天赐，吴睿，王明明均为北京工业大学在读博士生。扫描电镜(SEM)-电化学工作站观察真实电池循环中单个富镍NMC-811正极颗粒内部变化的装置示意图。该原位电池结构和组成与真实扣式电池一致，包括锂负极，隔膜，和NMC正极。两侧的Cu和Al集流体通过特制接口连接到外部电化学工作站。为保持更加接近商业化电池的液态反应环境，采用饱和蒸汽压极低的离子液作为电解质，从而能够维持在电镜高真空环境中稳定传输锂离子。同时采用特制夹具固定电极施加压力，装置上方敞口，用于原位扫描观察形貌，颗粒截面通过聚焦离子束(FIB)技术切割制备得到。如下视频显示，当截止电压从4.1 V增加到4.7 V时，NMC-811粒子内部出现裂纹。如下视频显示，NMC-811粒子在截止电压4.7 V下的动态裂纹演化。报告人简介张跃飞：男，博士，北京工业大学材料与制造学部研究员，北京市长城学者，博士生导师。北京工业大学凝聚态物理理学博士，师从中国科学院张泽院士。美国麻省理工学院核科学与工程系访问学者（2014-2015），香港城市大学高级研究员（2013）。长期从事原位电子显微学相关方法与仪器开发，并致力于原位微观力学性能表征方法、高温合金和能源材料的微观结构与性能关系等方面研究。发表论文150余篇，授权发明专利20余项。研究成果曾获国家自然科学二等奖、北京市科学技术奖一等奖、入选中国高等学校十大科技进展。开发完成了自主知识产权的扫描电子显微镜原位高温力学性能测试仪器，拓展了扫描电子显微镜的原位分析测试能力，为先进材料的研发提供新设备、新技术、新手段。报告摘要电极材料的性能衰退机制普遍认为是一种电化学-力学耦合行为，研究人员已经认识到必须深入研究锂离子电池电极材料的动态微结构与性能的演变过程，深刻理解二者的关联机制，才能为锂离子电池的结构优化提供参考。原位电子显微学包括原位透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），因其实时，动态观察的优势，可以作为理想手段在来精确表征电极材料实时的应力诱导微裂纹的演变过程、充放电机制，进而揭示性能优化的内在机理。 本报告将介绍利用原子层沉积(ALD)对锂离子电池正极材料表界面的改性和利用原位电子显微学揭示不同正负极材料在实际电化学循环过程中的微结构演变以及电化学-力学行为的研究结果。

【研究背景】富镍三元层状材料NMC(LiNixMnyCo1−x−yO2，x0.6)因具有能量密度高，成本低等优点成为锂离子电池中应用前景广阔的正极材料。但其较差的结构稳定性导致循环性能不理想，极大地限制了该类材料在的广泛应用。目前商业化的富镍正极材料大多是由纳米级别一次颗粒团聚而成的几到十几微米左右的二次球型多晶材料。在实际使用时反复脱嵌锂过程中，尤其是在深度充放电中，由于一次颗粒各向异性的体积变化引起的机械应力会诱导NMC沿着内部晶界产生晶间裂纹，导致二次颗粒破碎而失去电化学活性，阻碍离子扩散和电子传输，引起电池性能衰退。这种正极材料体相行为已经受到研究者的广泛关注，但其中针对单个颗粒内部的充放电性能和内部裂纹形成与演变之间的关系一直难以窥探。近年来，原位透射电子显微镜(in-situ TEM)表征手段已被广泛用于研究电池纳米电极材料中的电化学和力学之间关联耦合问题，并获得了原子尺度下耦合效应导致的表面相转变以及裂纹形成扩展的微观结构信息，加深了对电极材料失效机制的理解，但该方法研究的单体电极材料在百纳米厚度范围，引入的原位电化学反应也并不符合实际的电池工况环境（粘结剂/颗粒接触）。而原位扫描电子显微镜(in-situ SEM)兼具较大的样品安装空间，低损伤，对环境真空度要求低等优点，通过构建接近锂离子电池实际工况条件，可以在微纳米尺度原位观察块体电极在循环过程中的形貌和结构演变。目前已经少量报道关于运用原位SEM技术研究锂离子电池电极块体结构变化的实验方法和结果，但是在接近锂离子电池实际工况条件下能够用到单颗粒电极行为的研究方法还未见报道。更重要的是，目前普遍认为二次颗粒级NMC内部裂纹的产生是性能衰退的主要原因之一，但是单颗粒NMC在电池循环中裂纹形成早期阶段以及扩展路径还未被直接观察到。【成果简介】为了探究循环过程中富镍二次颗粒内部体相微结构的演变过程，近日，北京工业大学材料与制造学部张跃飞研究员和吕俊霞副研究员等人通过构建扫描电镜-电化学工作站联合测试系统，以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NMC-811）正极为研究对象，开展了电池工况条件下的原位扫描电子显微学研究。在纳米级分辨水平实时观察到了富镍正极NMC-811二次颗粒在充放电循环过程中内部微裂纹形成与扩展的演变过程，表征了不同电压窗口下正极材料裂纹的产生过程，发现了高电压充放电裂纹更容易形成，初始裂纹均形核于颗粒内部，并沿着晶界向外扩展。直接的实验证据研究表明NMC-811二次颗粒内部裂纹形成后随充放电循环次数呈现“生长-暂停-生长”的周期性扩展规律。这些结果在纳米分辨水平展示了层状正极材料充放电早期裂纹产生的全景图像，对进一步提升NMC-811的循环寿命提供了直接实验依据。这项工作以题为“Real-Time Observation of Chemomechanical Breakdown in a Layered Nickel-Rich Oxide Cathode Realized by In Situ Scanning Electron Microscopy” 发表在国际顶级期刊ACS Energy Letters，IF：19。博士研究生程晓鹏为本文第一作者，共同第一作者为李永合博士（德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）洪堡博士后），其他主要参与作者曹天赐，吴睿，王明明均为北京工业大学在读博士生。【图文导读】图1图1扫描电镜(SEM)-电化学工作站观察真实电池循环中单个富镍NMC-811正极颗粒内部变化的装置示意图。该原位电池结构和组成与真实扣式电池一致，包括锂负极，隔膜，和NMC正极。两侧的Cu和Al集流体通过特制接口连接到外部电化学工作站。为保持更加接近商业化电池的液态反应环境，采用饱和蒸汽压极低的离子液作为电解质，从而能够维持在电镜高真空环境中稳定传输锂离子。同时采用特制夹具固定电极施加压力，装置上方敞口，用于原位扫描观察形貌，颗粒截面通过聚焦离子束(FIB)技术切割制备得到。图2图2 (a) NMC-811电极恒流充放电曲线。(b-d) 在截止电压为4.1V时，充放电循环第1圈和第3圈时对应的颗粒截面SEM图像，显示低电压下循环近4000分钟，颗粒保持完好状态。(e-g) 将截止电压提高到4.7V，充放电循环第5圈和第6圈时对应的颗粒截面SEM图像，箭头指示将电压提高后循环过程中颗粒中心形成裂纹。图3图3 在高截止电压4.7V下对NMC-811电极在循环过程中的原位观察。(a) 充放电曲线。(b-h) 不同充放电循环圈数下颗粒内部的SEM图像，对应(a)图中的箭头所示位置，比例尺为5µm。(i) 基于灰度直方图得到的分割图像，红色代表裂缝区域。(j) NMC-811二次颗粒内部形成的裂纹长度和总裂纹面积随循环次数变化关系。(k)电化学循环过程中NMC-811二次颗粒裂纹生长扩展的理论模拟结果。图4图4 (a，b，c) 初始NMC-811颗粒的HAADF-STEM表征以及层状结构的晶格示意图。(d，e，f) 在4.7 V下，循环10圈后NMC-811颗粒的HAADF-STEM表征以及岩盐石结构的晶格示意图。可以看到高电压循环后明显的树枝状裂纹出现在颗粒中心，并沿一次晶粒的晶界扩展。 图5图5 (a) NMC-811二次颗粒在4.1V和4.7V截止电压下内部微观结构演变的示意图。(b) 有限元模拟不同荷电状态下的等效应力分布示意图。核心区域随机排列的晶粒之间产生相对较大的失配应变，使更高的应力集中在晶界。这种高集中应力(1.5 Gpa)对于弱晶界很难维持，从而导致晶间裂纹的萌生和扩展。【总结和展望】充分理解电池材料中复杂的反应机制，才能有效促进开发高能量密度和长寿命的锂离子电池，在这里我们利用in-situ SEM先进表征手段对富镍正极材料的衰退机理进行了深入挖掘。通过在SEM中搭建接近工况条件的液态原位电池，以富镍正极NMC-811二次颗粒为研究对象，实现了单个NMC-811颗粒体相微结构变化的可视化观察，揭示了其内部电化学循环诱发力学失效引起的裂纹形成及扩展机制。实验结果表明二次颗粒在循环过程中内部裂纹产生与电压窗口有着密切关系：在较低的循环电压 4.1 V 条件下，颗粒内部不易有微裂纹产生，然而将循环电压提高到 4.7 V，在循环的初期颗粒内部已经逐渐产生裂纹，并且裂纹从二次颗粒中心区域开始形成，逐渐延伸扩展到表面。有限元模拟结果表明颗粒内部核心区无序排列的晶粒之间会在晶界处产生相对较大应力集中，脱嵌锂过程中会诱导核心区域率先开裂，并在后续重复循环过程中扩散到整个颗粒。通过对裂纹长度和面积的统计，结果表明裂纹生长呈现“生长-暂停-生长”的机制，与理论模拟结果一致。进一步结合透射电镜测试表明在裂纹尖端处存在明显的阳离子混排，形成厚度约为10 nm相变层，是诱导裂纹的进一步扩展的主要原因。该研究工作测试了锂离子电池体相失效的关键驱动因素，将进一步丰富对富镍三元正极材料在长循环过程中失效行为的认知。同时本工作构建的in-situ SEM-电化学工作站联合测试实验方法，可进一步推广到全固态电池，锂金属电池等体系中，可以在微纳米尺度定量化揭示在不同工况条件下相关材料的失效机制，为全面理解高性能电池材料的充放电工作机制提供重要的参考依据。Xiaopeng Cheng, Yonghe Li, Tianci Cao, Rui Wu, Mingming Wang, Huan Liu, Xianqiang Liu, Junxia Lu, and Yuefei Zhang. Real-Time Observation of Chemomechanical Breakdown in a Layered Nickel-Rich Oxide Cathode Realized by In Situ Scanning Electron Microscopy. ACS Energy Lett. 2021, DOI:10.1021/acsenergylett.1c00279

近日，化学院王家海教授团队联合香港科技大学邵敏华教授，在锂离子电池负极材料领域取得重要进展。研究成果发表在国际知名期刊Nano Energy上。01研究背景:金属硫化物作为锂离子电池负极材料，近年来受到了广泛的研究和关注。它们因具有较高的理论比容量、良好的电化学活性以及相对稳定的化学性质而备受青睐。相较于传统的碳基材料，金属硫化物能够提供更多的锂储存位点，从而大幅提升电池的能量密度。尽管金属硫化物作为锂离子电池负极材料具有众多优点，但仍面临着一些挑战，如体积膨胀、电化学稳定性不足等问题。因此，研究人员正在通过各种策略，如复合材料的制备、界面工程、结构设计等方法来解决这些问题，进一步提升金属硫化物负极材料的电化学性能和使用寿命。02研究内容异质结构的构建是合成具有高电化学性能的锂离子电池负极材料的一种有效方法。在本研究中，王家海教授团队通过一种设计的溶剂热策略实现了一个界面调控的ZnS@MoS2异质结构。该策略在异质结构中引入了界面调控，增加了锂吸附的活性位点，并提高了锂离子存储的整体动力学性能。在异质结构界面处引入了内建电场，增强了电子转移和锂离子迁移，从而得到高性能锂离子电池负极材料。密度泛函理论（DFT）计算的结果进一步确认，界面处的电子重新分布促进了电荷转移并降低了锂离子迁移的障碍。这项研究提出了一种新颖的界面调控策略，增强了异质结构中的锂离子存储，并揭示了改善锂存储动力学的潜在机制。具体创新点为：1. 界面调控策略的引入：本文通过设计一种界面调控策略，系统地解决了ZnS和MoS2在异质结构中的界面匹配和电子传输效率问题，这在之前的研究中很少被报道。界面调控不仅改善了材料的电化学性能，还提高了其结构稳定性。2. 异质结构的创新构建：采用溶剂热法成功构建了ZnS@MoS2异质结构，这种结构能够有效增加锂离子的吸附位点，并改善锂离子的迁移动力学。这种特殊的构建方式为提高电池的能量密度和循环稳定性提供了新的途径。3. 表面反应动力学的优化：通过界面调控策略，显著增强了表面反应动力学，这意味着电池在充放电过程中能更高效、快速地进行锂离子的吸附和释放。这直接提升了电池的充放电性能，尤其是在高倍率充放电条件下。4. 内建电场的应用：研究中在ZnS@MoS2异质结构的界面处引入了内建电场，该电场有助于促进电子的快速转移和锂离子的迁移，进一步提升了电池的充电效率和稳定性。这种方法在提高电池性能方面展现了巨大的潜力。03研究相关博士后陈辅周为本文的第一作者，王家海教授和邵敏华教授为共同通讯作者，广州大学为第一单位。王家海，广州大学化学化工学院教授。团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等国际知名期刊。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109414

【编者按】电子科技大学长三角研究院（湖州）六大共享实验平台配备了一大批高水平的仪器设备，为研究生在湖科研创新实践提供强力支撑，已获得在湖师生的一致好评。今天，请大家跟随小编的脚步一起走进电子科技大学长三角研究院（湖州）六大共享实验平台之一的材料实验室！材料实验室Materials Laboratory1平台建设研究院围绕国民经济发展的迫切需求，以国际前沿基础科学问题和国家重大需求为导向，以服务于当地产业发展为目标，建设材料实验室。该平台承担着材料的合成与制备、材料微观结构分析、化学性能表征以及器件的应用研究等工作。目前，已服务于研究院十多个科研团队。该平台力求与当地企业、高校、研究机构合作发展，在现有领域实现1+12的效果。2应用领域基础应用领域新能源材料与智慧能源• 绿色发电技术：太阳能电池、氢燃料电池、金属-空气燃料电池等• 高效储能技术：超级电容电池、锂/钠离子电池、多价离子电池、固体电解质与固态锂电、穿戴式柔性储能、液流电池、飞轮储能等• 低碳节能技术：气凝胶材料、电致变色玻璃、光储直柔技术等应用举例：电动汽车、电动船舶、电动飞行器的动力系统、新型电力系统中可再生能源发电和储能系统等。光电催化与环保材料• 催化材料：光催化、电催化• 环境治理：大气水污染治理、防污/自清洁涂层、土壤治理等• 资源再生：CCUS、生物质转化、工业废物回收与利用应用举例：光或电二氧化碳催化剂，可以缓解大气中二氧化碳的积聚，还可以得到燃料和化学品，对建设具有绿色碳循环特征的可持续发展社会具有重要意义。传感/智能材料与器件：• 包括智能化学传感器、电（热）致变色、人造皮肤、智能药物等。应用举例：可穿戴化学传感器和生物传感器能够动态和无创监测生化标志物，从而提供体内生理信息。表面工程与电子封装领域• 包括超疏水涂层、电子封装材料与5G应用、等离子体加工与热沉工艺、3D打印技术、FPC柔性电路与集成器件等领域。应用举例：5G滤波器的基板及金属化封装工艺技术。未来应用领域低成本全工况高效发电、宽温域全天候致密储能、碳中和化学能与电能互联、介入式靶向生物治疗医学、穿戴式柔性智慧传感系统等。3测试功能分析材料成分（相分析）、材料内部分子的结构或形态、结晶度、物相转变等；观察和检测非均相有机材料、无机材料及微米、纳米级样品的表面特征；样品表层的微区点线面元素的定性及定量分析；形貌、化学组分综合分析能力以及热学性能、电化学性能测试能力。4设备条件全自动台式场发射扫描电子显微镜• 生产厂商：Phenom(Thermoscientific) • 规格型号：Phenompharos• 设备参数：光学放大倍率：20~135倍电子放大倍率：最高1,000,000倍电子光学分辨率：优于1.8nm@15KV SED电子枪加速电压：2kV~15kV连续可调元素探测范围：B（5）~Am（95）主要功能飞纳台式场发射扫描电镜能谱一体机标配背散射电子成像、二次电子电子成像和能谱分析功能，可对各种样品进行高分辨成像及元素分析。能量色散谱采用稳定坚固的超薄 Si3N4 窗口，元素检测范围 B (5) ~ Am (95)，对轻元素检测和低电压能谱分析更具优势。Phenom Pharos 低电压成像优势明显，可减轻电子束对样品的损伤和穿透，最大程度还原样品真实形貌。高温真空原位红外漫反射系统• 生产厂商：布鲁克公司 • 规格型号：Vertex 80 V • 设备参数分辨率：优于0.1 cm-1，连续可调透光率精度：优于0.1%T（ASTM线性度）检测器：中红外DLATGS检测器和MCT检测器光谱范围：8000-350 cm-1波数精度：优于0.005 cm-1干涉仪：21°干涉仪。65张/秒@16 cm-1，最高110张/秒@16 cm-1，具有步进扫描功能，实现10μs以内的时间分辨能力，为反应机理的研究提供红外谱学支持主要功能VERTEX 80v可实现原位光催化高温真空原位红外漫反射测试。可用在高分辨率、超快速扫描、步进扫描或紫外光谱范围测量，以及低至10-3单层的纳米科学研究领域。在真空条件下，通过远程控制自动更换多达4种不同类型的分束器，能测量从紫外/可见光到远红外/太赫兹的完整光谱范围。可提供优于0.2 cm-1的切趾光谱分辨率，足以应对大多数常压下气相研究及室温样品测量。对于更高要求的低温作业，可提供优于0.06cm-1的分辨率。在可见光谱区，高分辨光谱能够展现出优于300000:1的分辨能力。显微拉曼光谱仪• 生产厂商：HORIBA• 规格型号：XploRA PLUS• 设备参数：532nm固体激光器，激光功率100mW，TEM00空间模式拉曼光谱扫描范围：532nm激发覆盖50-9000cm-1物镜：5X，10X，100X和50X长焦（工作距离10.6mm）主要功能XploRA PLUS可提供拉曼光谱成像、荧光成像、PL成像等，最快可达1ms/光谱，分析速度、成像质量和空间分辨率高。另外，还有强大的拓展功能如拉曼偏振、颗粒分析及拉曼-AFM联用等。台式X射线衍射仪• 生产厂商：Regaku • 规格型号：MiniFlex600• 设备参数：长寿命X光管，靶材为Cu测角仪类型：垂直测角仪，样品水平放置扫描速度：0.01~100 °/min （2θ）扫描范围：-3~+145°（2θ）标准样品板尺寸：方形30mm*50mm样品填充部分尺寸：方形20mm*20mm含原位电池附件主要功能MiniFlex600可广泛应用于粉末样品、块状样品、片状样品、非晶样品、金属板等多晶体衍射图的比较，以及定性分析、定量分析、平均晶粒尺寸,结晶度分析,及原料和产品的质量控制等，也是一种适用于工厂生产现场质量管理检查，劳动保护、环境污染测量的X射线衍射仪。同步热分析仪• 生产厂商：PerkinElmer• 规格型号：STA6000 • 设备参数：温度范围：15℃~1000℃升温速度：0.1~100℃/min冷却速率：1000℃~100℃，小于10分钟DSC分辨灵敏度：≤1μWDTA灵敏度：≤0.001℃天平：灵敏度：≤0.1μg，精度：0.02%内置式气体质量控制器，双路气体切换，控制精度0.1mL/min；主要功能该同步热分析仪 (STA)在同一次测量中利用同一样品可同步得到热重与差热信息。研究材料的如下特性：DSC: 熔点、结晶性能、玻璃化转变温度、固化性能，相变、反应温度与反应热、燃烧热、反应热焓、比热等分析测试；TG：热稳定性、多组分分离分析、分解温度以及分解动力学、氧化还原、氧化诱导过程、吸附解吸、游离水与结晶水含量、成分比例计算等分析测试。纳米粒度及ZETA电位分析仪• 生产厂商：Malvern Panalytical • 规格型号：Zetasizer Pro• 设备参数：系 统• 高性能He-Ne激光器• 光束波长：632.8nm• 温度控制范围：0℃~120℃• 检测器：雪崩光电二极管（APD），量子效率QE高于60%粒 度• 测量角：173°，13°• 粒度范围（直径）：涵盖0.3nm~10μm• 最小样品体积：≤12μL最小样品浓度：背向角（NIBS，173°）≤0.1mg/mL，前向角（13°）≤10mg/mL最大样品浓度：≥40% w/v Zeta电位• 适合测量的粒度范围（直径）：至少涵盖3.8nm~100μm；• 迁移率范围：≥+/-20 μ.cm/V.s• 最小样品体积：≤20μL最小样品浓度：≤10mg/mL最大样品浓度：≥40% w/v主要功能该粒度仪具有的模式和功能：利用动态光散射模式（DLS）测量分子或颗粒的粒度及粒度分布，粒度范围0.3 nm-10μm；利用电泳光散射（ELS）测量分子或颗粒在分散体系中的电泳迁移率，转化为“Zeta”电位；具有恒流模式，可以同时得到Zeta电位平均值和分布曲线。紫外可见分光光度计• 生产厂商：岛津 • 规格型号： UV-2600i• 设备参数：设定波长范围：185~900nm测试波长范围：220~1400nm波长移动速度： 14000nm/min最大扫描速度：4000nm/min光源切换波长：和波长同步自动切换290.0nm~370.0nm谱带宽度：0.1/0.2/0.5/1/2/5nm L2/L5（低杂 散光模式）测光范围：吸光度：-5~5Abs记录范围：吸光度-10~10Abs；透射率±10^12%附件：60mm积分球；带固定薄膜支架，可用于薄膜样品光学性能检测主要功能通过对吸收光谱的分析，判断物质的结构及化学组成。可进行太阳能电池防反射膜和多晶硅硅片的测量。电池高低温测试系统• 生产厂商：深圳市新威尔电子有限公司• 型号：电池充放电测试仪CE-7002-100V500A-R28GC高低温电池箱MGDW-800-40B• 设备参数：电池充放电测试仪• 充电电压范围：0~100V，放电电压范围：3V~100V• 电流范围：-500A~500A• 合并通道电流范围：2CH并联 -1000A~1000A高低温电池箱• 温度范围：-40~150℃可任意调节• 升温时间：-40℃→+150℃ ≤60min（空载，平均非线性）• 降温时间：+20℃→-20℃ ≤45min（空载，平均非线性）主要功能可对锂电池、超级电容器、燃料电池、液流电池等模组Pack进行全面检测。可提供如下功能：恒电流充放电、恒功率充放电、恒压充电、恒流恒压充电、恒负载放电等；直流内阻测试；辅助温度测试；工况模拟；通道并联输出功能；第三方设备集成，如温箱、BMS、振动台、整车控制器等；分选配组功能。充放电测试仪• 生产厂商：深圳市新威尔电子有限公司 • 规格型号：CT-4008T• 设备性能：电流量程（A）: 5/10/20/50/100/200/500mA,1A/2A/3A/5A（可选）电压量程（V）：5V工作模式：恒流充放电、恒压充电、恒流恒压充电、恒功率充放电、恒阻放电、DCIR、倍率充放电、静置主要功能该系统面向扣式电池、超级电容、三电极进行测试，主要针对小电流电池进行检测，最小可达微安级测试单位。系统涵盖DCIR测试、脉冲模拟测试、倍率充放电测试、循环寿命测试等多种功能测试为一体，并配置有dQ/dV微分容量曲线功能，该功能的使用可减少人工计算，节约人员数据排查时间。电化学工作站• 生产厂商：Metrohm Autolab B.V. • 规格型号：Autolab M204• 设备参数：最大输出电流：±10A最大测量电压：±20V（可扩展为±100V）扫描电位：±10V（可扩展为±20V）最小电流范围：1nA，实际测量最小值，而非通过软件增益计算得到主要功能可提供如下测试： 标准方法：控制电位循环伏安，控制电流循环伏安，积分电流循环伏安，控制电位线性扫描伏安，控制电流线性扫描伏安，线性极化，差分脉冲伏安，方波伏安，计时电流等；阻抗模块可进行流体动力学的交流阻抗谱EHD研究，还可以进行强度调制光电流谱（IMPS）和强度调制光电压谱（IMVS）测试手套箱• 生产厂商：威格• 规格型号：SG2400/750TS• 设备参数：大过渡仓：尺寸：直径≥360 mm，长度≥600 mm，过渡仓可自动完成多次抽充程序小过渡仓：尺寸：直径≥150 mm，长度≥300 mm主要功能手套箱是将高纯惰性气体充入箱体内，并循环过滤掉其中的活性物质的设备，其中的活性物质是O2、 H2O和有机气体。广泛应用于无水、无氧、无尘的超纯环境，如：锂离子电池及材料、半导体、超级电容、特种灯、激光焊接、核研究、3D打印等。示波器• 生产厂商：泰克 • 规格型号：MSO44• 设备参数：通道个数：4通道配件：含电源测试包，功率测试软件，电流探头，高压探头带宽 (所有模拟通道)：200 MHz, 350 MHz, 500 MHz, 1GHz, 1.5GHz (可升级)主要功能可提供以下测试：嵌入式串行总线分析，电源完整性和电源管理、电源测量和分析、汽车ECU设计和电磁干扰故障排除等。直流电子负载• 生产厂商：菊水 • 规格型号：PLZ2004W • 设备参数：工作电压：5-150V电流：400A功率：2000w动作模式：恒流、恒阻、恒压、恒功率、恒流＋恒压、恒阻＋恒压；主要功能该设备是除了具有恒流, 恒阻, 恒压, 恒功率, 恒流＋恒压, 恒阻＋恒压的6种动作模式之外, 还新加了对于输入电压可随意设置电流的任意IV特性（ARB）模式的高性能直流电子负载装置。低噪声电源• 生产厂商：是德 • 规格型号：B2961A • 设备参数：输出通道数：1个输出分辨率：6.5位双极性电压/电流输出：100 nV - 210 V / 10 fA - 10.5 A，31.8W主要功能可提供如下测试：可在广阔的4象限电压和电流范围内进行精确的测试和测量。可配备外部超低噪声滤波器，显示噪声敏感器和样本更多真实特性。#了解更多信息请关注以下方式#联系方式：研究生电子科技大学长三角研究院（湖州）研究生教育中心 0572-2102873实验平台：电子科技大学长三角研究院（湖州）国有资产与实验管理部 0572-2260761联系地址：浙江省湖州市西塞山路南太湖科技创新综合体B1幢官方微信公众号：电子科技大学长三角研究院|湖州

锂离子电池（LIB）作为一种重要的储能技术，已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网储能等领域。然而，锂离子电池技术方面仍然存在诸多挑战，特别是现有的锂离子电池电极材料在极端条件（如高低温环境）下不良的快充特性和安全隐患严重阻碍了其在电动汽车领域中的进一步发展。值得注意的是，如果从LIB的外部或内部加热或冷却来改变工作温度，不仅会增加系统的复杂性，还会降低能源效率和能量/功率密度。因此，研发一种适用于变温的新型负极材料以及深入理解其在充放电过程中的电化学变化是当前研究的重点。X射线光电子能谱仪（XPS）作为表面分析领域重要的大型科学仪器，可以提供高表面灵敏（青岛大学能源与环境材料研究院（Institute of Materials for Energy and Environment）主要致力于二次电池（锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池和钠离子电池等）、超级电容器、燃料电池及新型功能材料等研究。为了对电池开展深入研究，该研究院采购了PHI XPS 设备（PHI 5000 Versaprobe III）。在PHI 公司售后和应用团队的支持下，该设备一直保持着出色的运行状态，为相关研究提供了大量重要实验数据，至今已在Advanced Science、Advance Energy Materials、ACS Energy Letters、Carbon及Chemical Engineering Journal等国内外顶级期刊发表学术文章累计达70余篇。[1]图1.青岛大学能源与环境材料研究院PHI XPS设备下面我们来欣赏一下青岛大学能源与环境材料研究院利用PHI XPS所发表的研究成果：研究成果1通过固态反应法合成了一种镍铌氧化物（Ni2Nb34O87）电极，并研究了其在不同温度下（−10、25和60 ℃）的锂离子存储性能。图2. Ni2Nb34O87的晶体结构为探究样品在充放电过程中发生的化学反应，在本项工作中利用XPS分析技术获取样品中Nb元素的化学状态。XPS结果表明原始样品的Nb为Nb5+；在0.8 V放电锂化过程中，部分Nb5+被还原为Nb4+和Nb3+；然而，在3.0 V充电去锂化过程中，Nb元素全部被氧化为Nb5+。研究结果证明了Nb4+/Nb5+和Nb3+/Nb4+可以发生可逆的氧化还原反应，该电极具有良好的循环稳定性。相关研究成果发表在《Advance Energy Materials》期刊。[2]图3. Ni2Nb34O87在（I）原始、（II）0.8 V放电和（III）3.0 V充电状态下Nb 3d的XPS图谱研究成果2通过静电纺丝及分步煅烧法合成部分还原的TiNb24O62（PR-TNO）纤维，利用XPS进一步揭示PR-TNO的工作机理。图4. TNO和PR-TNO的制备过程首先，XPS结果证实了Nb4+/Nb5+和Nb3+/Nb4+的高度可逆氧化还原反应。此外，PR-TNO中部分还原的Ti3+和Nb4+增强了电子导电性。因此在−20℃下，锂离子电池达到了较大的可逆容量。相关研究成果发表在《Advanced Science》期刊。[3]图5. PR-TNO在（I）原始、（II）0.8 V放电和（III）3.0 V充电状态下Nb 3d的XPS图谱ULVAC-PHI作为全球技术领先的表面分析仪器厂商，一直致力于提供最先进的技术和最优质的服务，并期盼与我们的用户共同推动表面分析技术的应用和发展，以及提升大型科学仪器的“创新服务产出”水平。参考文献：[1] https://imee.qdu.edu.cn/info/1046/2477.htm[2] https://doi.org/10.1002/aenm.202102550[3] https://doi.org/10.1002/advs.202105119

北京化工大学杨志宇教授AEM：高储钠性能超级电容器研究分享超级电容器因其良好倍率性能、循环性能的可再生能源存储设备，已成为热门的电化学可再生设备。然而，超级电容器的实际应用仍面临能力密度低、性能提升依赖于先进电极材料开发等困难。目前常采用法拉第电极材料，包括过渡金属氧化物、过渡金属氮化物和过渡金属二硫化物等提高超级电容器的能量密度。其中，过渡金属氧化物因具有高理论电容，低成本，环境友好等优势，作为潜力巨大的电极材料应用在超级电容器中。然而半导体性质的过渡金属氧化物仍有固有电子电导率低，充放电过程中容量和倍率性较差等不足，因此如何设计良好的电子结构对于优化过渡金属氧化物的电化学性能至关重要。北京化工大学杨志宇研究员及团队在知名期刊Advanced Energy Materials上发表了题为“Elevating the Orbital Energy Level of dxy in MnO6 via d–π Conjugation Enables Exceptional Sodium-Storage Performance”的文章。过渡金属氧化物 (TMO) 具有固有的低电子电导率，而原子轨道相关的调节对于促进储能应用中的电子转移动力学至关重要。该研究利用 d-π 共轭策略来提高 TMO 的电子电导率。选择具有大共轭体系的酞菁 (Pc) 分子来修饰过渡金属氧化物 (δ-MnO2)。通过密度泛函理论（DFT）模拟，验证MnO2和Pc之间的强d-π共轭可以提高MnO6单元中低能轨道（dxy）的轨道能级，进而提高dxy的氧化还原活性，从而显著提高电化学钠存储性能。结果与讨论作者采用扫描电镜和透射电镜等设备分析材料的形貌结构，X射线能谱分析样品的电子结构和成分信息，紫外可见吸收光谱检测材料在250-800nm波长范围带隙，采用X射线吸收光谱展现材料的边缘结构和精细结构。使用北京卓立汉光仪器有限公司自主研发的Finder Viseta激光显微共聚焦拉曼光谱仪检测原位拉曼光谱，用于揭示其充放电循环过程中结构变化。图1 a)MnO2-Pc合成示意图；b）XRD谱图；c)FTIR光谱图；d)能量损失图；e） TEM图像；f)选定区域电子烟摄图；g)高分辨率TEM图像；h-l)元素映射图图2：a)CV曲线，MnO2-Pc 和MnO2 在20 mV s&minus 1；b）GCD曲线，MnO2-Pc 和MnO2 在 1 Ag&minus 1；c)GCD曲线，MnO2-Pc在不同电流密度下；d)比容量 ，MnO2-Pc和MnO2在不同电流密度下；e）Nyquist图，MnO2-Pc and MnO2；f) CV曲线，MnO2-Pc在不同扫描速率下；g)拟合曲线 h)电流贡献值 i)三次充放电过程中原位拉曼光谱图图3 a-c）pDOS(投影状态密度)曲线；d)轨道能级图；e-f)计算 ELF的DFT切片；g)轨道能级提升和加速电子转移特征示意图。图4 a) MnO2-Pc(阴极)// AC(阳极)ASC原理图。b) 1.0 m Na2SO4溶液中MnO2-Pc和AC的CV曲线。c) 100 mV s&minus 1时不同电位范围的CV曲线。d)不同扫描速率下CV曲线；e) GCD曲线(不同电流密度)。f)本工作中ASC的Ragone图与报道结果进行比较。结论：本文用 Pc 修饰 MnO2 以调节低能轨道 dxy 的轨道能级，并获得了更高的 MnO2-Pc 电化学储能性能。DFT 研究表明，轨道杂化引起的强 d-π 共轭提高了 dxy 的轨道能级并扩展了轨道能量分布，从而促进了电子转移动力学并激活了 dxy 的氧化还原活性。轨道能级提升策略有效地提高了 MnO2-Pc 的电化学 Na+ 存储能力。获得的 MnO2-Pc在 1 A g-1 时显示出 310.0 F g-1 的高比电容，在 20 A g-1 时显示出 211.6 F g-1 的优异倍率容量。这项工作为改进 过渡金属氧化物的电化学 Na+ 存储提供了轨道能级提升策略的机理见解，这种有效的策略可以扩展到储能应用中其他先进电极材料的设计。原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202300384相关产品推荐本研究的拉曼光谱采用Finder系列拉曼光谱仪检测，该系统全新升级为930全自动化拉曼光谱分析系统，如需了解该产品，欢迎咨询。产品链接：https://www.zolix.com.cn/Product_desc/1105_1562.html 作者简介杨志宇，北京化工大学研究员。北京理工大学博士学位，清华大学博士后。主要研究方向为电化学领域。目前的研究方向是 (i)电化学储能，(ii)电催化CO2还原，电催化甲酸氧化和电催化氮还原 (iii)电容除盐。已发表一作、通讯SCI论文60余篇，包括JACS、AEM、AFM、Nano Energy、JEC、Small、CEJ、JMCA、JPS，申请专利7项，授权5项。免责声明北京卓立汉光仪器有限公司公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，北京卓立汉光仪器有限公司发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们联系，会第一时间及时处理。我们力求数据严谨准确，如有任何疑问，敬请读者不吝赐教。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。

作者 | LPCM,University of Bordeaux I France.编译 | 文军前言上一篇中，我们向大家介绍了如何用拉曼研究锂电池充放电过程正负。今天，我们仍将和您聊一聊光谱分析对锂电池产业发展的深刻作用。您知道么，现在的拉曼光谱技术可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数，在固态电解质电池分析中经常大显身手。同时越来越多的锂电研究都用到拉曼光谱技术。想要详细了解这些，您就跟我们一起走进拉曼篇（2）——固态电解质锂电池的原位研究吧！利用拉曼我们来分析什么？固态电解质电池相比传统液态电解液电池，可以有效避免电池漏液，而且还可以将电池做得更薄（厚度仅为0.1mm）、能量密度更高、体积更小，是未来锂电行业的发展方向。然而在电池的设计研究过程中，离子的扩散和定向迁移是设计任一款新型电池时必须考虑的因素，它直接关乎到电池的容量、充放电效率、使用寿命等，因此这两项指标的研究是非常重要的。目前，在液态的电解质中，有很多成熟的技术可以测量离子的扩散和定向迁移，但是对于聚合物电解质来说，这些技术已经不再适用。此时，显微拉曼光谱成为一种可供选择的替代工具，可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数。接下来，我们就来以法国波尔多大学分子物理化学实验室的研究为例，看看他们是如何利用拉曼光谱技术进行锂电池研究的。1案例：锂/固态聚合物/锂对称型电池分析本案例中，波尔多大学的研究人员选用Li/PEOLiTFSI/Li对称型电池作为分析对象，利用拉曼光谱得到的浓度曲线，确定锂盐的扩散系数以及离子迁移数。在电池充电之前，研究人员首先进行一遍测量，检查整个电解质中锂盐浓度的均匀性。然后依次施加方向相反的恒定电流，利用 HORIBA 激光拉曼光谱仪原位测量达到稳定状态后电解质，建立浓度梯度。后，通过得到的实验结果，研究人员可以直观的看到电流密度和锂盐浓度值的关系（结果参见下图）。正如预期的那样，浓度梯度的大小随着所通电流密度值增大而增大。据此，我们还可以得出达到稳定状态后锂盐浓度随着弛豫时间变化的信息[1]，从而进一步确定扩散系数和离子迁移数。1. （上）锂电和PEOLiTFSI电解质之间的实验测量点，红色标记为选定的测量点，横坐标为各点之间距离2.（下）拉曼光谱成像显示出的锂盐浓度，该浓度值依赖于位置（横坐标），充放电电流和弛豫时间（左侧纵坐标）。2其他案例除了上述对锂/固态聚合物/锂对称型电池进行拉曼分析，波尔多大学的研究人员还做了两项其他方面的研究：1利用显微拉曼光谱解析电解质的P(EO)n LiTFSI薄膜中的锂盐浓度。2利用拉曼光谱对锂离子在LixV2O5负材料中的插入和脱出进行分析，发现拉曼可以作为电测试之外另一种行之有效的手段，从而更好地认识复合电中发生的离子插入。因篇幅所限，本文暂不赘述，您可以手机识别二维码索取详细测试研究分析报告。为什么越来越多锂电研究用到拉曼光谱技术？显微拉曼光谱技术可以通过一个可观察的窗口进行微型电池的原位表征，就是说我们可以实时追踪到电池中正在进行的变化。此外，现代显微拉曼技术所具备以下卓越的性能，较其他测量技术具备以下突出的优势，因此受到越来越多的锂电研究人员的关注。1实时监测锂电池的充放电过程，要求拉曼光谱仪具有快速的数据采集、拉曼成像和高通量等特点。因此，研究人员可以追踪快速的化学反应过程，如离子扩散和迁移。2电池的小型化是未来微电池的发展需求，而在透明的电解质中，显微拉曼的空间分辨率可达到衍射限（亚微米），这就使得显微拉曼助力微电池研究切实可行。致 谢本文结果是在法国波尔多大学分子物理化学实验室取得的。特别感谢J-C. Lassègues教授和L. Servant教授从他们的广泛的拉曼-光谱化学研究工作中提供的实验数据。参考文献[1] Raman spectroelectrochemistry of a Lithium/polymer electrolyte symmetric cell, Isabelle rey, jean-Luc Bruneel, Joseph Grondin, Laurent servant and jean-Claude Lassègues, J. Electrochem. Soc., 145(9), pp3034-3042.免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

X射线吸收精细结构(X-ray absorption fine structure，XAFS)作为一种先进的X射线应用技术(图1a)，近年来应用和影响十分广泛。然而，与大多数其他光谱方法不同，XAFS技术主要用于在的设施上进行的一些研究，即同步辐射光源，而不为一般实验研究人员所获得。为了方便研究人员在实验室内进行XAFS测试，在过去的几十年里，实验室用的台式XAFS仪器发展迅速，尤其是近期根据美国华盛顿大学Gerald Seidler教授等人的总体概念而设计成功的实验室用台式XAFS谱仪（图1b），它以罗兰环为基本几何构型，并使用球形弯曲晶体分析仪(SBCA)。2015年基于该设计的easyXAFS公司正式成立(图1c)，并在XAFS仪器的设计和性能方面进行了多方的改进，致力于商用实验室台式XAFS谱仪在全球的推广和应用。具体来说，他们在仪器内部集成了一个更高功率的X射线源，增长了光源和检测器支架的长度，通过旋转实现了SBCA位置的跟踪 (移除了一个机械自由度)，并采用了Gerald Seidler教授和Devon Moretensen博士共同提出的无倾斜光学对准技术，再次移除了两个额外的机械自由度。这些优化大地降低了仪器的机械自由度，实现了更大的计数率/光通量和更宽的布拉格角范围，仪器的稳定性显著增强且更易于使用，使扩展的X射线吸收精细结构(EXAFS)测量和分析次在实验室内成为了可能，适用于较宽的能量范围和解决各种实验室研究问题（详细请见图1 d-g）。图1. (a) XAFS技术示意图；（b）罗兰环单色器设计；（c）easyXAFS公司台式XAFS谱仪及创始人Devon Mortensen (d-g) XAFS300+型号XAFS谱仪内部结构图作为一项具前途的应用领域，电能储存的发展离不开XAFS谱学表征。X射线吸收近边结构（XANES）作为一种有力的表征，可在不同的细节水平上研究电池材料的电子特性。例如，常规方法使用XANES评估电池材料在循环过程中的氧化还原可逆性；此外，许多XANES的例子也表明其可解决更复杂的形态研究，包括镍钴铝氧化物正材料的锂化动力学，辨别在锂锰晶石电中的可溶锰离子，评估锂硫电池中硫化物沉淀和活性物质利用不足的情况，并作为预测锂硫电池的次优容量的重要依据。图2. (a) 使用台式XAFS谱仪和同步辐射光源获得的VOPO4电池电材料中V元素的K边的XANES谱图对比；（b）使用台式XAFS谱仪获得的NMC电池电材料中Ni元素在充放电状态下的K边的XANES谱图对比；（c，e, f）不同充电状态下NMC中Ni, Mo和Co元素的XANES谱图；（d）不同充电速率下Ni元素的K边位置对比多种因素表明锂离子电池(LIB)正材料可作为实验室X射线吸收谱仪的理想系统。这是因为典型的正金属氧化物层的厚度通常会给出X射线吸收边步长 ?μx ～1 - 2, 表明其进行XAFS分析研究是可行的。另外，目前锂电池正材料的电化学活性元素通常为3d过渡金属，其K边能量一方面足够高，使得一些空气衰减完全可以接受，另一方面又足够低，使SBCA和其它基于布拉格方程的能量分析器仍然有很好的效率。在这里，我们展示了几个XAFS研究的结果，这些包括一些代表性能源存储材料的XANES分析（图2a），原位电池研究（图2b-f），超电容器电材料研究（图3a-f）以及对照金属箔EXAFS谱图(图3 g-j)。这些研究结果有力地证明了实验室实用性XAFS光谱仪可以广泛适用于众多样品透射模式下的XAFS分析。 图2a中为使用实验室XAFS谱仪和同步辐射光源获得的VOPO4的XAFS谱图，两者非常一致，并且一些对阐明金属中心的分子对称性非常重要的XANES前边缘特征的细节信息也都可清晰获得体现。图2b为两种不同状态（充/放电）的NMC电材料中Ni金属的XANES，两者存在着非常明显的区别。其两个吸收峰边缘位置的明显变化, 通常可归因于Ni元素在充放电状态下氧化态的变化，证实了台式XAFS谱仪在锂电池正材料中特定元素氧化还原行为监测上的突出能力。另外，我们还证实，基于现代实验室日常分析的XAFS谱仪不仅可应用于非原位锂电池电材料的氧化态表征，也可用于与工业应用相关的标准锂电池包充放电速率影响的原位研究。如图2 c-f所示，使用台式XAFS谱仪在实验室环境下通过XANES进行研究，可以观察NMC电池材料中Ni元素在较高的电池充电速率下其氧化态的变化，甚至支持快速充放电研究, 并可拓展到其它储能研究中的应用（如超电容器）。华盛顿大学的曹国忠教授等人使用实验室台式XAFS研究了三种不同的类型导电聚合物(V?-V2O5/PANI, V?-V2O5/PEDOT和V?-V2O5/PPy)包裹的V2O5纳米纤维在聚合过程中在界面处生成?的情况（图3 a-f）。这些表面的V?会形成一个局部的电场，促进V?-V2O5/PPy纳米微粒的电荷转移动力学，且伴生的V4+和V3+还可以催化氧化还原反应，显著地提高超电容器的整体性能。通过对三种不同CP涂层的异同进行了比较和讨论发现，V?在CP中的分布取决于其聚合条件和包覆厚度。另外，研究人员将XAFS和XPS技术有机结合起来，全面的阐述了V?在表面层和体中的存在及其对电化学的影响，这种改善的电材料的电荷转移动力学有望用于下一代储能系统中。图3. (a-c) 使用台式XAFS谱仪得到的V?-V2O5/PANI, V?-V2O5/PEDOT和V?-V2O5/PPy中V元素的XANES谱图对比；（d）V?-V2O5/PANI的SEM图像及XANES；（e）KVOH和VOH的XRD和V元素的XANES谱图对比；（f）使用XPS和XANES表征V?-V2O5/PEDOT计算的得到的V2O5中氧空位的含量对比；（g-j）使用台式XAFS谱仪得到的V箔片的EXAFS谱图及其R和k空间变换谱图这种可以在不改变锂电池包结构或使用与快速充电应用相关的时间分辨技术下进行原位分析的技术，可以用来评估一些模型系统的充放电和健康状态。与传统同步加速器相比反馈速度更快，如带有多价电荷载体的电池或负离子氧化还原机制，在这些模型中电荷转移位点通常是不明确的。作为未来的发展方向, 基于实验室的XAFS研究模式可以作为电池退化机制研究的一个有用研究模型（其通常需要频繁和长期的XAFS分析和监测），加速新材料的发现和LIBs的操作模式的改进。参考文献：[1] An improved laboratory-based x-ray absorption fine structure and x-ray emission spectrometer for analytical applications in materials chemistry research. Rev. Sci. Instrum. 90, 024106 (2019).[2] Laboratory-Based X-ray Absorption Spectroscopy on a Working Pouch Cell Battery at Industrially-Relevant Charging Rates. Journal of The Electrochemical Society, 166 (12) A2549-A2555 (2019).[3] Interface Engineering V2O5 Nanofbers for High-Energy and Durable Supercapacitors. Small 2019, 15, 1901747.[4] Structural engineering of hydrated vanadium oxide cathode by K+ incorporation for high-capacity and long-cycling aqueous zinc ion batteries. Energy Storage Materials 29 (2020) 9–16.[5] Tailoring Energy and Power Density through Controlling the Concentration of Oxygen Vacancies in V2O5/PEDOT Nanocable Based Supercapacitors. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 16647?16655.[6] V2O5–Conductive polymer nanocables with builtin local electric field derived from interfacial oxygen vacancies for high energy density supercapacitors. J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 17966.

近年来，磁共振技术已被广泛应用于包括锂/钠离子电池、燃料电池和超级电容器的电化学储能体系研究中，新能源汽车电源中的锂离子电池和有望作为规模化储能电池的钠离子电池更是大热的研究重点。然而不论哪种电池材料都面临着无法回避的“天花板”，如锂资源储量有限问题，成本问题，如何实现充电速度更快、能量密度更大等技术指标问题等… … 这些都需要科研人员的不懈努力和更精密准确的仪器加持。 日前，仪器信息网编辑特别采访了华东师范大学胡炳文研究员，请胡老师为大家介绍磁共振技术是如何助力电池领域科学研究的。 胡炳文，现任华东师范大学物理与电子科学学院研究员，上海市磁共振重点实验室副主任，国基优青项目获得者，紫江优秀青年学者，任《波谱学杂志》青年编委。主要研究领域为磁共振及其在电池领域中的应用，开发了SHANGHAI、SHA+、RFDF-XY8-4-1等固体核磁共振脉冲序列，开发了锂电池体系的in situ NMR、in situ EPR和in situ EPR Imaging方法。从NMR到电池 在应用中寻找突破仪器信息网：胡老师，首先请介绍一下您目前的研究方向以及为什么会选择这样的方向？胡炳文：目前我们课题组主要是用核磁共振（NMR）和顺磁共振（EPR）这两种磁共振技术作电池领域的研究，包括锂离子电池和钠离子电池两大类别。我在留法读博期间主攻核磁共振方法学的开发，回国后一开始并没有改变研究方向，开发了很多方法如SHANGHAI、SHA+等。但工作中逐渐面临一个问题：硕士生很难在短时间内学会核磁方法学并做出科研成绩。经过调研，我发现国内做“电池-核磁共振”的研究比较稀缺，于是慢慢就开始学做一些电池研究，从电解质到负极再到正极。我的导师JP爱聊天，视野宽。他多次告诉我，法国5个国家级核磁共振研究中心的研究方向都有独到的侧重点；中国这么大，国家级核磁共振研究中心布局少了一点，且多半在催化和生物方向上，应避开这些方向，做点别的方向。JP在40岁时大幅度改行，他也一直鼓励我大幅度改行，追求“独到的有侧重的新方向”。在接触电池领域一段时间后，我发现核磁共振技术远远不够，还需要顺磁共振技术的结果支撑。于是，课题组在2016年向布鲁克申请了一台 Demo仪器，后来又购买了布鲁克 E580 连续波/脉冲电子顺磁共振波谱仪，我们慢慢挖掘顺磁共振的优势，在不断的学习摸索中用顺磁共振技术来研究电池体系，最终就形成了核磁共振、顺磁共振与电池这样一种交叉融合的方向。仪器信息网：磁共振技术是什么时候应用到电池领域的？相较于其他的分析仪器，磁共振技术的特点在哪儿？胡炳文：当前，国内将磁共振技术应用到电池领域的课题组是不多的，我所了解到的大概有3-5个课题组。国际上，核磁共振进入到电池研究领域大概是在2000年左右，2010年我回国后就开始做相关研究。顺磁共振技术在电池领域的应用在很长一段时间内零零星星、不受重视，顺磁共振应用的真正起步是在2015年左右，相较于核磁共振技术是比较晚的，我们课题组在这方面基本是跟国际同步开始的，即2016年开始进入这个领域。相较于其他分析仪器，核磁共振跟顺磁共振在电池研究中有很多独到的地方。核磁共振是一个宏观的科学工具，能获得较全面的元素信息，而其他如TEM只能得到元素的局部信息，对全局缺乏理解。核磁共振主要研究Li、Na、O，对这些元素的区分度也比其他分析技术都要强。比如判断在NaLiMnO2电池中Li离子的位置，用核磁共振的方法可以最为直接地得出Li离子到底在钠层还是在其他某层。顺磁共振对元素价态的区分能力非常强。在对V的体系进行测试的时候，同步辐射技术是目前使用最多的，可以非常明显的观察到V4+、V5+的变化，但V3+的一点变化并不容易区分。可是，在顺磁共振图谱中却可以非常明显地辨别出V3+，这就是顺磁共振的“厉害之处”。仪器信息网：您感觉磁共振技术在电池能源领域的应用前景怎么样？胡炳文：应该说磁共振技术在电池领域的应用前景是非常光明的。核磁共振和顺磁共振技术提供的信息相互补充，可以呈现完整的电池材料信息。实际上，电池有一个独特的行为即“局部非晶化”，阳离子电池材料有一些地方是无序性的，这种无序的结构在其他大部分的技术中并不能得到很好的解释，而核磁共振跟顺磁共振却能很好地解释这个现象。另外，电池的内外结构是很不一样的，所以无论从相变的角度还是无序化的角度，磁共振技术都有其不可替代的作用。这里值得说明的是，使用磁共振，不排斥使用同步辐射、TEM等技术，技术之间可以得到互补的一些信息。不断挖掘 EPR或更具潜力 仪器信息网：您实验室目前有几台磁共振仪器，分别是什么时间购置的，哪一台是您当前科研的主力仪器？胡炳文：我们实验室的核磁仪器都是固体核磁谱仪，300MHz、400MHz各一台，600MHz谱仪两台，大概在2010-2014年购置的；顺磁共振谱仪是2018年开始购置的，目前顺磁共振是我们实验室的主力仪器。仪器信息网：您基于这台布鲁克 E580顺磁共振波谱仪开展了哪些研究工作，产出了哪些亮眼的成果？ 胡炳文：我们刚刚发表在JPCL上的那篇文章，就是顺磁共振在NaCrO2体系中的独到应用，顺磁技术可以观察到其他技术不易观察到的Cr5+离子。使用充放电设备可以得知，低于3.7伏的时候，电池的稳定性非常好；高于3.7伏的话，很快就没有信号了。实际上，在高于3.7伏以后，Cr3+→Cr5+，而且Cr5+会溶解在电解液中，导致了性能的急剧衰减。而想要获取到这个信息，最直接、有效的工具的就是顺磁共振。结合顺磁共振成像工具，可以看到Cr离子所在的位置是在电解质里的隔膜上，这一结果直接展现了顺磁共振成像技术的极大潜力。图(a) NaCrO2体系在低于3.6V时的原位EPR图 图(b) NaCrO2体系在高于3.9V时的原位EPR图我再稍微透露一些即将发表的研究成果：原位顺磁共振是研究Li离子在铜片上沉积过程的有效分析手段，分辨率远高于磁共振成像（MRI），这点令我非常兴奋；另外，通过原位EPR观测锂空电池里O的变化，发现了氧化物（如Co3O4）对O2的独特作用，这有助于理解氧化物可以增强锂空电池循环性能的原因。仪器信息网：关于这台E580顺磁共振波谱仪，您的使用感受如何？当初是为什么选择了这台仪器？ 胡炳文：总体来说，E580操作方便，性能强大，可以满足先进科研的需要，售后服务也比较好。对科研来说，仪器的可配置性是比较重要的事情，布鲁克也根据我的需求，配备了L-波段，X-波段和Q-波段以及成像系统。至于选择这台仪器的原因：一方面是我们从2016年开始就租用了布鲁克的E580 Demo机做相关研究工作，到现在也有5年时间了。另一方面我所需要的Q波段和成像系统，我了解到的其他品牌的波谱仪是没有的。锐意进取：不断突破的磁共振技术仪器信息网：您感觉当前磁共振技术的发展能否满足电池研究的需求？从科研的角度出发，您期待未来的磁共振仪器向哪个方向来发展？胡炳文：用一个词叫“削足适履”，就是条件有限，只能根据仪器的功能来做相关研究。目前的磁共振技术基本能满足电池研究，我最期待快速成像功能的发展，在灵敏度更高的同时，成像速度也能更快。现在成像速度是比较慢的，过去，电池充放电是24个小时，半个小时采集一张谱图是没问题的，但是现在电池充放电的时间可能只需要1个小时，就要求在几分钟的时间内呈现结果。所以如果想研究这种高速充放电的问题，就必须要有更快的成像技术与波谱技术。关于未来磁共振仪器的发展，实际上，我一直也在坚持完善仪器的相关工作。原本的硬件设计必然是一个通用的，而非专用在电池领域的仪器。我们根据现有的架构做一些局部的改动，逐渐再到独立设计一个更适用于电池研究的工具。这些工作相对来说进展可能会比较缓慢，但我始终在坚持，目标就是针对电池体系优化磁共振仪器及相关技术，保持我们在这个领域独有的优势。仪器信息网：目前国家正在大力发展新能源领域，电池行业也是非常热门，能跟我们分享一下您未来的工作计划吗？胡炳文：未来，希望通过核磁共振跟顺磁共振技术相结合，找到电池领域痛难点产生的根源。比如说我们现在用的阳离子无序正极材料，通过顺磁共振的研究，发现了内部锰离子的聚集是性能衰减的核心因素，在理解了它为什么性能会衰减之后，再去做一些改性的工作就比较得心应手了。虽然核磁共振技术应用相较成熟，但是我们课题组还在不断地挖掘更多的应用。顺磁共振应用的时间并不长，很多技术还没有应用起来，所以近几年，我更愿意花时间来研究顺磁共振技术，再应用到电池体系中。在全球范围来说，顺磁共振和顺磁共振成像技术的应用都是非常稀缺的，因此这也将是我未来的一个工作重点。

p 　　随着社会和科技的发展，人类对电化学储能技术的需求日益增加，新兴储能系统——锂硫电池具有理论容量高、成本低、环境友好等优点，备受国内外研究者的关注。而研发高容量锂硫电池正极材料，对推动新能源动力汽车、便携式电子设备等领域的发展至关重要。 /p p 　　硫化锂(Li sub 2 /sub S)材料理论容量高达1166 mA h g sup -1 /sup ，是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍 其首次脱锂充电过程中所发生的体积收缩能给后续的嵌锂放电反应提供空间，保护了电极结构不受破坏 其可与非锂金属负极材料(诸如硅、锡等)组装电池，有效避免锂枝晶形成等问题所带来的安全隐患，是极具发展潜力的锂硫电池正极材料。然而，该材料电子/离子导电率低，反应中间产物多硫化物在电解液中的溶解引发穿梭效应等问题，限制了其在锂硫电池中的实际应用。 /p p 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张跃钢课题组自主研发设计了原位扫描/透射电镜电化学芯片，实现了其对硫化锂电极充电过程的实时观测 在充分理解Li sub 2 /sub S充放电机理的基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂材料作为电池正极，并通过控制充电容量和电压，显著提升了Li sub 2 /sub S的容量利用率及循环寿命，相关成果发表在Advanced Energy Materials 杂志上。 /p p 　　研究人员为提高锂硫电池的容量利用率和循环寿命，通常会将硫填充至具有高比表面积和高导电性的多孔材料中(如：碳纳米管，多孔碳，石墨烯和碳纤维等)。张跃钢课题组在前期研究工作中发现氧化石墨烯上引入氮掺杂官能团，不仅可以有效减少多硫化物在电解液中的溶解，而且可优化多硫化物在沉积过程中的分布(Nano Letters，2014, 14, 4821-4827)。为了更好地改善Li sub 2 /sub S的容量利用率以及循环寿命，该团队利用原位表征技术研究了Li sub 2 /sub S溶解和再沉积机理，进而提出将最初活化电池电压调控到3.8 V，然后通过控制电压(1.7~2.4 V)和充电容量可有效阻止长链可溶性多硫化物的形成，该充放电调控方法让电极在充电过程中保留了一部分不可溶的Li sub 2 /sub S作为种子，使得Li sub 2 /sub S材料能够有效地活化和均匀地再沉积。此外，该研究通过在氮化处理前的氧化石墨烯表面包覆葡萄糖，有效增加了石墨烯的折皱率和弯曲率，进而为多硫化物提供了更多的负载位点 反应过程中利用氨水和高温氨气热处理的方法使得氮掺杂量提高至12.2% 该高氮掺杂石墨烯材料不仅具有高导电性，其表面氮官能团更能有效减少多硫化物的溶解，优化Li2S的均匀分布。利用该高氮掺杂石墨烯-Li2S复合正极材料所制备的锂硫电池在2000圈(1C)循环后其容量仍能保持318 mA h g sup -1 /sup (按硫元素重量折算为457 mA h g sup -1 /sup )，3000圈(2C)循环后仍能保持256 mA h g sup -1 /sup (按硫元素重量折算为368 mA h g sup -1 /sup )，是迄今为止所报道的最长循环寿命。 /p p 　　该研究工作首次利用了新开发的原位扫描电镜和原位透射电镜芯片技术实现了对硫化锂电极充电过程的实时观测，并在研究 /p p 　　Li sub 2 /sub S充放电机理的基础上，开发新的电压-容量调控机制，设计了一种新型的高氮掺杂负载硫化锂的电极材料，为高能量的Li sub 2 /sub S-C /Li 电池的应用打开了广阔的应用前景。 /p p 　　该项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院千人计划人才专项的大力支持。 /p p 　　 a href=" http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201501369/epdf" target=" _self" title=" " 原文链接 /a /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/noimg/3d4cdfa8-d284-4598-81b3-9799a4671568.jpg" title=" 00000.jpg" / /p p 　　负载于单层石墨烯电极表面的Li sub 2 /sub S材料在LiTFSI-DOL/DME电解液中活化过程的原位观测SEM图 /p

实现“双碳”目标的时代背景下迫切需要发展高效电能存储技术，锂离子电池作为最先进的电化学能源储存器件之一，在便携式电子设备及电动汽车等领域得到广泛应用。其中高镍正极材料由于具有高容量和低成本的特点，是最有前景的高比能锂离子电池正极材料之一。然而高镍正极材料严重的界面副反应与充放电过程的体积形变导致容量衰减快、安全性差与机械失效等问题，严重限制了其大规模商业应用。纳米晶粒长大成微米级单晶颗粒，不仅能够降低材料比表面积、减少界面副反应提高安全性，而且还能消除多晶二次球颗粒晶间裂缝问题，使高镍正极材料的安全性得到提高。 在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室万立骏/郭玉国课题组近年来在单晶高镍正极材料研究中不断取得新突破。例如：针对单晶高镍正极材料动力学缓慢问题，系统研究了单晶高镍正极材料Li+扩散机制，提出了高价态过渡金属离子表面梯度掺杂以提高Li+扩散动力学方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26535）。针对高镍正极严重界面副反应问题，建立了界面化学反应以实现均匀浸润的表面包覆方法，开发了多种单晶正极材料界面稳定化技术。如：利用磷钼酸与表面残锂发生反应，在单晶颗粒表面构筑了Li4MoO5离子导体包覆层（Nano Energy. 2021, 87, 106172）；利用Al(NO3)3、(NH4)2HPO4和表面残留锂反应，构筑Li3PO4-AlPO4双功能复合包覆层方法（Nano Energy. 2022, 94, 106901）。针对传统液相界面改性工艺流程长、复杂且成本高的问题，提出气相界面处理方法，成功在高镍正极材料表面构筑了厚度可控的致密无定形Li2CO3纳米包覆层，并发现电化学循环过程中Li2CO3与电解液反应原位转化成稳定的无机富氟正极/电解质界面相，显著提高了材料的电化学性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2108947）。 除上述问题以外，由于高镍正极所属的层状过渡金属氧化物正极的晶体结构特点，机械化学失效（滑移、裂缝和扭折）成为其商业应用面临的另一重要科学问题。最近，课题组与中科院物理所肖东东等合作在高镍单晶正极的机械化学行为研究方面取得新进展。通过对高镍单晶正极在充放电过程中的滑移现象进行深入研究，在原子尺度上揭示了滑移的不同表现形式和过渡金属离子层内迁移的运动过程。基于实验与理论计算，提出了减少氧空位以提高位错运动势垒，进而抑制材料层间滑移和裂缝的改性方法（图1）；低氧空位单晶高镍正极材料表现出更优异的电化学性能，实验验证了该方法的可行性，为设计构筑高性能单晶高镍正极材料提供了有益参考。这一研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 11338–11347上。 图1 氧空位影响层状过渡金属氧化物正极平面滑移的动力学机制示意图。 　　分子纳米结构与纳米技术院重点实验室 2022年9月28日

日前，记者来到位于光明科学城的国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心，中心内一派繁忙而有序的工作景象映入眼帘。300台套计量测试装备，可开展500余项计量参数测试，这里集中了最尖端的仪器设备和专业技术人员，他们正致力于推动新能源汽车产业高质量发展。　　步入其中，一个大型的环境模拟实验室映入眼帘，这里的温度、湿度甚至气压都可以根据需要精准调控到极寒酷暑等各种极限环境条件。一旁，一辆崭新的电动汽车正在严苛环境下接受考验，技术人员密切监控着车辆电池在高低温循环中的充放电性能表现，以及其对环境变化的响应速度和稳定性。而在另一侧的精密计量区域，一组工程师正利用高精度测量仪器对一块块锂电池模块进行细致入微的检测。　　近日，国家市场监督管理总局批准成立国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心。该中心选址深圳光明，是电动汽车电池及充电系统领域全国唯一的国家级产业计量中心。中心是光明科学城入驻的科研平台之一，在建设期间，围绕电动汽车电池及充电领域深入开展计量测试技术研究，承担国家、省级科研项目27项，制定了国家及地方标准35项，制定国家计量检定规程、规范6项。在电动汽车充电桩远程计量、充电站能耗计量测试、充电桩安全敏感参数计量测试等领域产出一批首创成果，填补行业空白。　　落户光明促新能源产业高质量发展　　计量测试是产业发展的重要技术基础，与产业变革和技术进步息息相关，作为鼓励类产业被列入国家科技服务业。　　为充分发挥计量测试在服务和支撑电动汽车产业发展、提升电动汽车产业核心竞争力方面的作用，国家市场监督管理总局批准深圳市依托深圳市计量质量检测研究院正式成立国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心（以下简称国家中心）。　　为何落户深圳光明？深圳市计量质量检测研究院院长刘铁东告诉记者，国家中心的成立恰逢光明区加快建设世界一流科学城的大好时机，光明科学城是世界级大型开放原始创新策源地、引领高质量发展的中试验证和成果转化基地、深化科技创新体制机制改革前沿阵地，布局建设了一批重大科学基础设施和前沿交叉研究平台，其中包含了国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心。　　光明已成为大湾区重大科技创新载体布局最集中、创新动能汇聚最迅速、综合创新投入力度最大的区域。作为大湾区综合性国家科学中心先行启动区，科学城是光明区最闪亮的名片，2023年光明科学城规划布局的24个重大科技创新载体，在建和运营数达到20个。全社会研发投入首次突破100亿元，占GDP比重达到7.1%，创新动能愈加澎湃。　　刘铁东表示，国家中心的成立不仅为光明增添了又一个国家级科技创新平台，也为光明区在新能源汽车、电化学储能、新型电池材料等领域提供国家级一站式的计量测试支撑，将有力促进光明区新能源产业的高质量发展，同时与光明区相关高校、企业、研究机构充分融合，因地制宜发展新质生产力，助推世界一流科学城的建设。　　国家中心重点针对产业提质增效和可持续高质量发展中的计量测试难点和需求，构建完备的计量测试体系，提供“全溯源链、全产业链、全寿命周期”并具有前瞻性的计量测试技术服务，着力解决产业当中“测不了、测不全、测不准”的痛点、难点。　　标准引领打造“超充服务”新标杆　　4月1日起，深圳市正式实施《电动汽车超级充电设备分级评价规范》和《电动汽车集中式公共充电站设计规范》（以下统称“深圳超充标准”），这两项标准是全国首个超充设备分级评价和超级充电站设计的地方标准。　　“深圳超充标准”在行业内率先提出“超级充电设备”“全液冷超充设备”等术语定义，并明确超充设备单枪额定功率不低于480kW。光明区发展改革局相关负责人表示，光明区抢抓这一标准带来的市场机遇，认真落实市政府关于建设世界一流 “超充之城”的工作部署，结合新能源汽车产业、超级快速充电技术发展趋势以及城市规划、人口分布等实际情况，重点围绕商业综合体、市政公园、大型景区、公共机构、高铁站、公交场站、高速服务（停车）区合理布局超充站点，满足市民充电需求，同时谋划打造若干光储充检和车网互动一体化示范项目，推动充电设施接入深圳市电力充储放一张网，助力深圳市打造坚强电网。　　步入光明区长圳南北停车区的全液冷超充站，一种未来科技气息扑面而来。这处占地广阔的充电站坐落在繁忙的高速公路两侧，犹如一个新能源汽车的能量补给绿洲，镶嵌在快速流动的交通线之中。　　这个超充站是全市首座高速服务区全液冷超充站，实现1秒1公里的超快速充电速率，创新的冷却方式确保了即便在高强度连续充电下，充电桩也能保持稳定高效的性能，大大减少了充电过程中的热损耗，为市民提供极速的充电服务，切实缓解市民旅程焦虑。　　宽敞舒适的休息区内，司机们一边通过智能屏幕实时查看车辆充电进度，一边感受着这份便捷与科技带来的出行变革。司机陈先生告诉记者，光明科学城不仅追求硬件设施的卓越，更关注用户体验的极致，超充站配备先进的液冷快充技术，只需一杯咖啡的时间，就能让电动汽车“满血复活”。　　打造“超充服务”新标杆，截至目前，光明区已建成超充站24座，在建及前期项目15个。2024年，光明区将继续围绕打造世界一流“超充之城”的工作目标，依托光明区停车场资源等，发动充电设施企业投资建设超充站，至2024年底累计达到73座超充站、新增8700个普通充电桩。　　绿色发展 “超充之城”跑出加速度　　在充满活力与创新精神的光明科学城，一幅描绘未来智慧生活的“超充之城”蓝图正在细腻绘就。　　光明区以其前瞻性视野和坚定决心，积极投身于绿色产业的发展，并在此过程中扮演着“超充之城”建设的重要角色，二者相互赋能，共同描绘出一幅可持续发展的未来画卷。　　光明区扎实推进超充设施建设，组织华为、星星充电、前海奥特迅、特来电等充电设施行业头部企业研究探讨超充站建设有关要点，形成《超级快速充电设施选址建设有关要求》，指导各街道、各部门完成两批次100余处超充初步选址；组织充电设施行业头部企业与各街道、各部门建立沟通联系渠道，政府部门会同充电设施企业开展选址踏勘、评估工作，促成一批项目合作；定期组织超充建设调度会，协调解决用地性质、租期、用电报装等问题，确保项目顺利推进。　　光明区在推动“超充之城”建设的同时，也带动了相关产业的技术迭代升级和服务模式创新。目前已拥有新能源领域规上企业250余家，聚集了贝特瑞、欣旺达等一批行业龙头企业, 越来越多的优质绿色企业、产业纷至沓来。　　去年，世界500强企业法国威立雅环境集团粤港澳大湾区总部，正式落户光明科学城。未来，光明科学城将凭借威立雅在减污降碳、资源回收、数字化能源管理等方面的专业技术和知识，助力粤港澳大湾区早日实现“双碳”目标，进一步推动城市智慧能源管理建设。　　今年，国家电动汽车电池及充电系统产业计量测试中心落户光明，集聚了电动汽车计量测试领域领先的技术、人才、装备与资质，致力搭建开放、共享的公共技术平台，通过政产学研联动，在智能网联汽车、新型电池、新能源、测量人工智能、高端仪器仪表研发等领域协同创新，打造世界一流科学城的计量测试高地。　　政策方面，光明区陆续出台“8+5”产业集群专项政策、 “1151”产业空间政策、行业发展和人才政策，光明区还将在深圳市出台的《支持电化学储能产业加快发展的若干措施》的基础上，制定出台区级电化学储能、光伏储能充电等新能源领域专项扶持政策，驱动绿色循环低碳发展。同时，在马田街道打造平方公里级的新能源新型产业社区，将光明科学城全域打造成为新能源新材料、新技术新产品的应用示范场景。　　光明照耀未来。光明区还将继续发挥创新链、产业链、资金链和人才链“四链”融合发展优势，重点围绕新型储能、光伏、氢能等领域强势布局，朝着建设世界一流“超充之城”和新能源产业集聚区目标稳步迈进。

近日，浙江大学衢州研究院发布招标公告，预算475万元，采购1套X射线衍射仪和1套原位X射线衍射仪。其中，X射线衍射仪用于测定固体和粉末样品的晶体结构，织构及应力，进行物相的定性定量分析、结晶度分析；无机和高分子薄膜外延膜等样品的结晶性、织构和应力分析。原位X射线衍射仪用于变温条件下样品的原位X射线衍射分析；电池材料（包括软包电池）充放电过程中进行变温原位X射线分析；小角散射、对分布函数分析。招标项目基本情况如下：一 项目编号：QSZB-Z(H)-A22047(GK)LL二 项目名称：X射线衍射仪、原位X射线衍射仪三 预算金额：4750000元四 最高限价：3980000元五 采购需求：序号名称数量单位是否允许采购进口产品1X射线衍射仪1套是2原位X射线衍射仪1套是六（功能或者目标）、质量、安全、技术规格、物理特性等要求：X射线衍射仪：1、X射线光源1.1、X射线发生器部分：1.1.1、最大输出功率：≥3kW；1.1.2、最大输出电压：≥60KV；1.1.3、最大输出电流：≥60mA；1.2、X射线光管部分：1.2.1、X射线光管：Cu靶，陶瓷光管，功率不小于1.8kW；1.2.2、焦斑大小：不大于0.4x12mm，点线焦斑两个出口；1.2.3、寿命不少于两年或4000小时；1.2.4、X射线防护：安全联锁机构、剂量优于国际，辐射量小于1μ Sv/h；2、测角仪部分2.1、q/q立式测角仪，样品水平放置，且测样时不会倾斜；2.2、2q转动范围：0°≤2q≤160°；2.3、测角仪半径：≥285mm；2.4、可读最小步长不低于0.0001°，角度重现性不低于0.0002°；2.5、验收精度：国际标准样品现场检测，全谱范围内所有峰的角度偏差不超过±0.02°；2.6光路各器件，均带有智能识别标记，可被衍射仪自动识别；测角仪具有全自动调整程序,可进行全自动实时光路调整，避免人工操作误差；3、探测器部分：需为以下几种探测器之一：3.1、能量色散阵列探测器：子探测器不少于15×190个，单个探测器的像素尺寸不大于75µm；线性范围不低于4x107cps，最小背景不高于0.1cps；扫描方式：零维模式（点探测器），一维模式（阵列探测器），二维模式（面探测器）；探测器能量分辨率：探测器本身能量分辨率优于380eV，通过探测器本身的能量分辨率可以完全分辨Kα,Kβ射线，获得单色Ka衍射谱线，可以通过探测器能量窗口的调整采用单色的Kβ开展衍射；3.2、矩阵探测器：最大计数：≥3x1010cps；99%线性范围：≥6.5x109 cps；矩阵像素数至少255*255，大于65000个；独立单元像素大小为55µm；具有0维（点探测器），1维（阵列探测器模式），2维（面探测器模式）三种工作模式，由计算机自动切换，无需人工调整硬件；3.3、高速半导体阵列探测器：能量分辨率≤20%；单道动态范围≥106cps；动态范围108cps；探测器通道≥256；探测器窗口面积≥384 mm2；具有高强度和高分辨测试两种测试模式；4、光路部分4.1、入射光路三光路系统：粉末、薄膜、高分辨平行光自动三光路系统，高分辨平行光由平行光+单色Ka1系统（如Ge（220））构成，光束发散度优于31弧秒；或由多功能智能入射光路模块+独立高强度高分辨单色器构成，高分辨单色器发散度优于27弧秒；4.2、衍射光路系统：采用聚焦光路与平行光路，切换采用全自动计算机控制；4.3、采用全光路自动狭缝系统：包括自动防散射狭缝、自动发散狭缝、自动接收狭缝；4.4、准直系统：最少提供2mm，1mm，0.5mm，0.3mm准直器；5、样品台5.1、自旋样品台带不少于48位的自动进样装置，不少于96个样品架；5.2、五轴尤拉环薄膜样品台；5.3、进口单晶硅样品架不少于5个；国产单晶硅样品架不少于20个；空气敏感样品架（金属类不少于5个，塑料类不少于20个）；6、仪器控制和数据采集系统6.1、计算机：四核主频3.0GHz以上，8G 内存，1T HD，CD-RW，27寸液晶显示器，网卡；6.2、仪器控制和数据采集软件；7、应用软件：要求提供以下应用分析软件：7.1、自动物相检索软件；7.2、已知结构的定量相分析以及无标样定量分析软件；7.3、粉末数据指标化、结构精修；7.4、薄膜反射率软件、高分辨衍射分析；7.5、薄膜高分辨分析软件；7.6、织构分析软件；7.7、应力分析软件；8、国产水冷8.1、工作要求：连续工作，供水流量满足发生器要求；8.2、控温精度：≤±2℃；8.3、进水温度：可调，保证主机正常运转；9、技术支持以及售后服务9.1、仪器到货前，协助采购人进行安装前的准备工作,提供实验室建设安装资料并作相应的指导。仪器到达用户所在地后，在接到用户通知后1周内执行安装调试直至达到验收指标。中标人免费提供全套专用安装工具，并由原厂工程师免费安装；9.2、仪器安装后，安装工程师为用户提供现场培训。仪器使用一段时间后，中标人派应用工程师提供一周现场培训，培训内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等，解决疑难问题，所有费用由中标人承担。培训内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等。在厂家实验室提供5人次免费培训，培训免费，差旅费用户自理，时间不少于5天；9.3、安装验收后24个月整机免费保修，X射线光管保修叁年；9.4、如果仪器出现故障，在接到维修服务的请求后，仪器公司工程师应在4小时内作出应答；必要时，在72小时内到达现场；9.5、提供有关的设备硬件、软件说明书两套；9.6、中标人提供的随机专用软件应具有自主知识产权（或软件产品厂商授权书），用户享有该软件的终身使用权。中标人承担免费为用户提供升级的义务；10、工作条件10.1、工作温度：15°C-25°C；10.2、相对湿度：≤75％；10.3、仪器运行的持久性：能够满足长时间连续工作；11、仪器及制造商必须满足的相关国际、国内安全标准，提供相关安全证明。原位X射线衍射仪（核心产品）1、X射线光源1.1、X射线发生器部分：1.1.1、最大输出功率：≥3kW；1.1.2、最大电压：≥60KV；1.1.3、最大电电流：≥60mA；1.2、X射线光管部分：1.2.1、X射线光管：Cu靶陶瓷光管一支，功率不小于1.8kW，Ag陶瓷光管一支，功率不小于2.2kW；1.2.2、焦斑大小：不大于0.4x12 mm，点线焦斑两个出口；1.2.3、寿命不少于两年或4000小时；1.2.4、X射线防护：安全联锁机构、剂量优于国际，辐射量小于1μSv/h；2、测角仪部分2.1、q/q立式测角仪；2.2、2q转动范围：0°≤2q≤160°；2.3、测角仪半径：≥285 mm ；2.4、可读最小步长不低于0.0001°，角度重现性不低于0.0002°；2.5、验收精度：国际标准样品现场检测，全谱范围内所有峰的角度偏差不超过±0.02°；2.6光路各器件，均带有智能识别标记，可被衍射仪自动识别；测角仪具有全自动调整程序,可进行全自动实时光路调整，避免人工操作误差；3、探测器部分：需为以下三种之一：3.1、二维阵列探测器，有效探测器面积77.2 mm×38.6mm，子探测器个数大于1,030*514=529,420，单个探测器的像素不大于75*75µm；线性范围不低于4x109cps，最小背景不高于0.1cps；零维（点探测器）、一维（阵列探测器）、二维（面探测器）三种工作模式，软件上选取任意像素及范围，并设置测量模式，无需任何硬件操作；探测器可实现0度/90度自由旋转；3.2、一维能量色散探测器与二维CdTe重元素半导体高性能矩阵探测器的组合（一维能量色散探测器需满足：能量分辨率≤340 eV (Cu Kα)，能量分辨功能可用于铜、钴、钼、银等多种靶材辐射，2q方向通道数127，2q方向通道宽度70微米，最大计数： 3.8x107 cps）；二维CdTe探测器需满足：计数矩阵≥501×465像素，像素大小60×60微米，最大计数2.4*1011cps，99%线性范围3.9*109cps，对Ag Kα效率100%）；3.3、高速全能矩阵探测器（Ag靶和Cu靶Kα效率均不小于50%，能量分辨率≤20%；单道动态范围≥106 cps；动态范围108cps；探测器通道≥256；探测器窗口面积≥384mm2；具有高强度和高分辨测试两种测试模式）；4、光路部分4.1、入射光路双光路系统：4.1.1、光路一：Bragg-Brentano几何粉末衍射聚焦光路（包括Cu与Ag靶光源）；4.1.2、光路二：包括对应Cu靶光源和银靶光源的透射式粉末衍射聚焦光路；4.1.2.1、对应Cu靶光源：平板和毛细管样品：采用Ge（111）聚焦单色器的高分辨透射式粉末衍射聚焦光路；4.1.2.2、对应Ag靶光源：配置多层膜聚焦镜透射式粉末衍射聚焦光路；4.2、采用全光路自动狭缝系统：包括自动防散射狭缝、自动发散狭缝、自动接受狭缝；4.3、微区准直系统：最少提供2mm，1mm，0.5mm，0.3mm准直器；4.4、动态光学系统：包括样品上方全自动高度调整防空气散射罩，程序控制自动发散狭缝，测试过程中程序自动调整有效照射面积；5、样品台5.1、旋转反射与透射样品台；5.2、毛细管样品台，配置不少于1000根不同尺寸的毛细管；5.3、高低温样品台：第三方优质高低温样品台（低温段：液氮温度到至少600度，配置真空系统；高温段：室温-至少1600度，配置真空系统）；5.4、变温原位电池充放电附件：5.4.1、优质变温充放电附件；5.4.2、变温充放电附件可做软包（透射）电池和纽扣电池（可分开成纽扣和软包两个变温充放电附件）；5.4.3、充放电附件变温范围：低温段：-40到室温，高温段：室温-100度；且低温到高温可以连续程序变温； 6、仪器控制和数据采集系统6.1、计算机：四核主频3.0G Hz以上，8G 内存，1T HD，CD-RW，27吋液晶显示器，网卡；6.2、仪器控制和数据采集软件；7、应用软件：要求提供以下应用分析软件：7.1、自动物相检索软件；7.2、最新数据库；7.3、已知结构的定量相分析以及无标样定量分析软件；7.4、粉末数据指标化、结构精修；8、国产水冷：满足仪器长时间运行；8.1、工作要求：连续工作，供水流量满足发生器要求；8.2、控温精度：≤±2℃；8.3、进水温度：可调，保证主机正常运转；9、技术支持以及售后服务9.1、仪器到货前，中标人协助采购人进行安装前的准备工作,提供实验室建设安装资料并作相应的指导。仪器到达用户所在地后，在接到用户通知后1周内执行安装调试直至达到验收指标。中标人免费提供全套专用安装工具，并由原厂工程师免费安装；9.2、仪器安装后，中标人安装工程师为用户提供现场培训。仪器使用一段时间后，派应用工程师提供一周现场培训，培训内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等，解决疑难问题，所有费用由中标人承担。在厂家实验室提供5人次免费培训，培训免费，差旅费用户自理，时间不少于5天；9.3、安装验收后24个月内，整机免费保修，X射线光管保修叁年；9.4、如果仪器出现故障，在接到维修服务的请求后，仪器公司工程师应在4小时内作出应答；必要时，在72小时内到达现场；9.5、提供有关的设备硬件、软件说明书两套；9.6、中标人提供的随机专用软件应具有自主知识产权（或软件产品厂商授权书），用户享有该软件的终身使用权。中标人承担免费为用户提供升级的义务；10、工作条件10.1、电力供应：单相220V（±10%），50Hz；10.2、工作温度：15°C-25°C；10.3、相对湿度：≤75％；10.4、仪器运行的持久性：能够满足长时间连续工作；11、仪器及生产商必须满足的相关国际、国内安全标准；11.2、射线防护标准：参照中国射线防护豁免证明。七 获取招标文件1. 时间：2022年7月11日至2022年8月1日，上午00:00至12:00，下午12:00至23:59（北京时间，线上获取法定节假日均可，线下获取文件法定节假日除外）2. 地点（网址）：政府采购云平台（https://www.zcygov.cn）3. 方式：供应商登录政采云平台（https://www.zcygov.cn）在线申请获取采购文件（进入“项目采购”应用，在获取采购文件菜单中选择项目，申请获取采购文件）。4. 售价（元）：0八 提交（上传）投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2022年8月1日13:30:00（北京时间）投标地点（网址）：政府采购云平台（https://www.zcygov.cn）开标时间：2022年8月1日13:30:00（北京时间）开标地点（网址）：政府采购云平台（https://www.zcygov.cn）/杭州市西湖区玉古路173号中田大厦21楼（求是招标会议室4）九 对本次招标提出询问、质疑、投诉请按以下方式联系1. 采购人信息名称：浙江大学衢州研究院地址：衢州市九华北大道78号项目联系人（询问）：黄老师项目联系方式（询问）：0570-8015192质疑联系人：钱老师质疑联系方式：0570-80106822. 采购代理机构信息名称：浙江求是招标代理有限公司地址：杭州市西湖区玉古路173号中田大厦21楼项目联系人（询问）：陈宵、王娜项目联系方式（询问）：0571-87666119质疑联系人：余水星质疑联系方式：0571-81110356质疑邮箱：jdkh@qszb.net【近期会议推荐】会议日程2022年7月15日“X射线衍射技术及应用进展”网络会时间报告题目报告嘉宾09:30--10:00Rietveld结构精修原理及应用程国峰 中国科学院上海硅酸盐研究所 研究员10:00--10:30安东帕全新的自动化多功能粉末X射线仪：XRDynamic 500李经理 安东帕（上海）商贸有限公司 产品经理10:30--11:00粉末XRD数据分析---物相鉴定徐春华 国际衍射数据中心 中国区首席代表11:00--11:30二维衍射技术的最新进展杨宁 布鲁克（北京）科技有限公司 XRD应用经理11:30--12:00X射线衍射技术在药物晶型研究方面的应用周丽娜 天津大学化工学院国家工业结晶与工程技术研究中心 高级工程师11:30--14:00午休14:00--14:30毛细管聚焦的微束X射线衍射技术及其应用研究程琳 北京师范大学 教授14:30--15:00X射线衍射技术多功能化在不同衍射系统上的发展王林 马尔文帕纳科 中国区XRD产品经理15:00--15:30X射线衍射仪使用要点分享余娜 上海科技大学 高级工程师15:30--16:00赛默飞实时XRD技术及原位应用进展居威材 赛默飞世尔科技（中国）有限公司 资深应用专家16:00--16:30如何利用X射线衍射技术开展金属材料晶体学取向分析？董学光 中铝材料应用研究院有限公司 试验中心主任助理/高级工程师16:30--17:00激光驱动的超快X/γ射线辐射及应用陈黎明 上海交通大学 教授参会方式（手机电脑均可听会）1、官网免费报名（点击此处链接或扫描下方二维码，报名听会）；2、报名成功，通过审核后您将收到通知；3、会议当天您将收到短信提醒。点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。扫一扫，进入会议页面免费报名听会

p 【引言】 /p p 　　日益增加的环境污染与化石燃料消耗对清洁能源的开发和存储提出了越来越高的要求。Na-O sub 2 /sub 二次电池因具有理论能量密度高(1100 Wh/kg)和储量丰富等特点，有潜力成为下一代绿色大规模能源存储器件。然而，Na-O sub 2 /sub 电池研究仍处于初级阶段，复杂的反应机理及低循环稳定性是Na-O sub 2 /sub 电池面临的主要挑战。目前，研究者们通过改善电解液、电极结构等途径来提升钠氧电池的性能，但是针对其反应机理及失效机制的研究比较少，尤其是原位监测电池的充放电过程。反应机理与失效机制的研究对于钠氧电池的进一步研发起着至关重要的作用。原位透射电镜技术的发展为此研究的深入开展创造了新的契机。 /p p 【成果简介】 /p p 　　近日，法兰西公学院Alexis Grimaud研究助理(通讯作者)、Arnaud Demortie?re助研(共同通讯)和Jean-Marie Tarascon教授等研究人员应用原位透射电镜液体样品杆技术(Protochips公司)及快速成像技术，首次报道了Na-O sub 2 /sub 电池充放电过程中NaO sub 2 /sub 立方体生长演变过程的原位观测，并提出了其生长过程受限于NaO sub 2 /sub (溶剂)?NaO sub 2 /sub (固体)之间的平衡和可溶性产物的质量传输。同时，通过对电池充电过程的原位监测，阐明了溶剂化-去溶剂化平衡导致过氧化钠溶解的机理。最后，他们发现，随着钠氧电池充放电的进行，过氧化钠立方体表面逐渐形成一层壳层，钝化电极表面，阻止了氧气参与氧化还原反应以及过氧化钠的进一步形核，进而降低了电池的充电效率及循环稳定性。该研究揭示了Na-O sub 2 /sub 电池中过氧化钠的生长-溶解机理以及电池失效的机制，对于Na-O sub 2 /sub 电池的进一步研发提供了一定的理论基础。相关成果以“Operando Monitoring of the Solution-Mediated Discharge and Charge Processes in a Na?O sub 2 /sub Battery Using Liquid-Electrochemical Transmission Electron Microscopy”为题发表在Nano Letters上。法兰西公学院博士研究生Lukas Lutz为论文第一作者。 /p p 【实验方法】 /p p 　　电解液：分子筛处理乙二醇二甲醚(DME, 99.9%)溶剂5天以去除多余的水分 NaPF sub 6 /sub (99.9%)置于真空烘箱，80度保温24 h。氩气环境的手套箱(O sub 2 /sub , 0.1 ppm H sub 2 /sub O, 0.1 ppm)中制取0.5 M电解液。在原位电镜测试前将电解液溶解饱和的超纯O sub 2 /sub 。 /p p 　　原位电化学透射电镜测试：电镜型号，FEI-TECNAI G2 (S)TEM，200 kV。1. 首先利用空白溶剂排除电子束对于结果的影响：固定电子束剂量(10 e?/nm sup 2 /sup )照射空白溶剂360 s，观察溶剂的变化，防止电解液发生分解 确定该剂量，该照射时间，电解液未发生变化，即认为电子束照射对于实验结果没有影响。2. 微电池是两个由氟橡胶O-型垫密封的硅芯片构成，上芯片包括两个Pt电极，一个玻碳电极，500 nm厚的SU-8聚合物绝缘层，50 nm厚的Si sub 3 /sub N sub 4 /sub 窗口 下芯片包括500 nm绝缘层，50 nm Si sub 3 /sub N sub 4 /sub 窗口。3. 用带螺丝的不锈钢片将装好的芯片压在O-型垫上以维持密封效果。4. 将此微反应器固定在样品杆顶端，采用蠕动泵通入流速为0.5-5 μL/min的电解液 在通入电解液之前一定要用超纯氩气冲洗微电池及管路。 /p p 【图文导读】 /p p style=" text-align: center " strong 图1 Protochips液体样品杆及NaO sub 2 /sub 生长-氧化机理示意图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/2623ba3e-18dd-4077-9804-be4e0686c5a1.jpg" title=" 图1 Protochips液体样品杆及NaO2生长-氧化机理示意图.png" alt=" 图1 Protochips液体样品杆及NaO2生长-氧化机理示意图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a) 用于原位电化学测试的(Protochips公司)顶端示意图 (b-c) 芯片展示图 (d) 芯片的剖面图 (e)充放电过程中NaO sub 2 /sub 生长-氧化机理图。 /strong /p p 　　要点：利用Protochips公司产的Poseidon 510透射液体原位样品杆揭示了Na-O sub 2 /sub 电池中NaO sub 2 /sub 生长-氧化机理。 /p p style=" text-align: center " strong 图2 NaO sub 2 /sub 显微结构图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/81e4f4cc-9254-4622-8fbe-f3071d682258.jpg" title=" 图2 NaO2显微结构图.png" alt=" 图2 NaO2显微结构图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a-b) Swagelok电池得到的NaO sub 2 /sub SEM图 (c-d) TEM微电池得到的NaO sub 2 /sub TEM图 (e-f) TEM微电池得到的NaO sub 2 /sub HAADF-STEM图。 /strong /p p 　　要点：Swagelok电池(a-b)与TEM原位微电池(c-f)得到NaO sub 2 /sub 产物结构比较。结果显示，两种方法得到的NaO sub 2 /sub 产物结构类似，证明Poseidon 510透射液体原位样品杆能为电池提供工作的真实环境。 /p p style=" text-align: center " strong 图3 电池放电过程中NaO sub 2 /sub 结构演变图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/4aa90ca5-389d-437b-a120-cd45cec9d5bb.jpg" title=" 图3 电池放电过程中NaO2结构演变图.png" alt=" 图3 电池放电过程中NaO2结构演变图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a, e) 电池放电过程中NaO sub 2 /sub 结构演变的TEM图 (b) NaO sub 2 /sub 颗粒的TEM图 (c) NaO sub 2 /sub 颗粒生长时间曲线图 (f) 电池放电结束形成的NaO sub 2 /sub 颗粒TEM图。 /strong /p p 　　要点：电池放电时，溶液相沉淀析出导致NaO sub 2 /sub 纳米立方体的产生，生长速率受限于其质量传输效率。 /p p style=" text-align: center " strong 图4 核壳结构的演变过程图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/82ecd2fa-bc23-4762-bce7-d2f160a84dec.jpg" title=" 图4 核壳结构的演变过程图.png" alt=" 图4 核壳结构的演变过程图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a) 核壳结构演变的TEM图 (b) 外层生长的时间曲线图 (c) 核壳结构的TEM图。 /strong /p p 　　要点：揭示了电池放电过程中核壳结构的演变规律：放电90 s时，壳层厚约200 nm。 /p p style=" text-align: center " strong 图5核壳结构的成分分析图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/ef8ee95c-9bc1-4f4f-a4cd-d2cc1c46ff2f.jpg" title=" 图5核壳结构的成分分析图.png" alt=" 图5核壳结构的成分分析图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a, e) 电池放电结束后NaO sub 2 /sub 的HAADF-STEM图 (b) 核壳结构的TEM图 (c-d) 核壳结构的EDX图 (f) 核壳结构的SAED图。 /strong /p p 　　要点：核壳成分确认：NaO sub 2 /sub /NaOx/organic carbonates( Poseidon 兼容于TEM内的多种探测器，其中包括高角度的EDS探测器)。 /p p style=" text-align: center " strong 图6电池放电过程中CO sub 2 /sub 释放量的监测图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/e52b1e18-e358-41ba-b03c-2bd4954b059b.jpg" title=" 图6电池放电过程中CO2释放量的监测图.png" alt=" 图6电池放电过程中CO2释放量的监测图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a) 电池放电曲线图 (b) 电池充放电过程中CO sub 2 /sub 的释放曲线图 (c) 放电过程中12CO sub 2 /sub 及13CO sub 2 /sub 释放曲线图。 /strong /p p 　　要点：同位素标记法验证了有机壳层组分(b)及来源(c)：大部分来自于电解液的分解 随着电流密度的增加，电极表面的分解加剧。 /p p style=" text-align: center " strong 图7电池充电过程中NaO sub 2 /sub 氧化过程的监测图 br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/f802d45c-bed8-46a7-a1bb-bb42960bd2de.jpg" title=" 图7电池充电过程中NaO2氧化过程的监测图.png" alt=" 图7电池充电过程中NaO2氧化过程的监测图.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong (a-d) 电池充电过程中NaO sub 2 /sub 结构演变的HAADF-STEM图 (e-h) 单个NaO sub 2 /sub 立方体在充电过程中高度曲线图图 (i) 电池放电结束后NaO sub 2 /sub 颗粒的HAADF-STEM图。 /strong /p p 　　要点：电池充电时，NaO sub 2 /sub 结构演变原位监测(a-d)：其氧化过程是由外至内逐步进行的，放电过程形成的壳层结构得以保留(i)。 /p p 【小结】 /p p 　　该文章采用原位透射电镜技术原位监测了Na-O sub 2 /sub 电池的充放电过程，首次报道了Na-O sub 2 /sub 电池中NaO sub 2 /sub 的形核-生长机理 证实了电池充电过程中过氧化钠的溶解机理 并原位观测到了过氧化钠表面壳层的形成过程，阐明了电池低充电效率及循环稳定性的机制，为高性能钠氧电池的设计指明了方向，提供了新的思路，同时推动了原位电化学透射电镜技术的发展。 /p

理解材料的构-效关系一直是电池领域的关键课题。随着先进表征技术的发展，研究人员能够更加准确、便捷地获得材料的物理化学性质，从而促进高效、稳定的电池材料的开发。X射线发射谱（XES，X-ray emission spectroscopy）是一种通过探测特征X射线荧光来分析元素性质的技术，可以判定原子的氧化态，自旋态，共价，质子化状态，配体环境等信息。近年来，有研究表明元素自旋态可影响材料的电化学性质。作为表征元素自旋态的有效手段，XES越来越多地出现在电池研究的相关报道中。然而，由于XES技术通常依赖于同步辐射X射线光源，极大地限制了XES技术在各领域的广泛应用。针对于此，美国easyXAFS设计研发了无需同步辐射光源的台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS/XES，可在常规实验室环境中测量X射线吸收精细结构谱和X射线发射谱，得到可以媲美同步辐射水平的谱图，实现对元素的定性和定量分析、价态分析、配位结构解析等。本文将从Angew和JACS高水平文献出发，阐述easyXAFS台式X射线吸收谱仪系统如何助力电池材料机理研究。 苏州大学 Angew苏州大学张亮团队针对Li-S电池反应体系，以尖晶石氧化物为基础，构筑了吸附-催化双活性位点，并通过自旋调控形成电荷传输通道[1]。作者成功合成了富含MnOh-O-CoTd结构单元的三金属尖晶石氧化物纳米盒（CoFeMnO YSNCs），处于四面体中心的高自旋CoTd以金属-硫共价键的形式强力地锚定多硫化物，处于八面体中心的MnOh能诱发轨道特异性催化。同时，利用金属离子在特定配位构型中的电子结构及自旋态，MnOh-O-CoTd中形成了畅通的自旋路径，保证了双活性位点之间的电子传递。作者利用easyXAFS台式X射线吸收精细结构谱仪的XES Kβ谱线验证CoTd的自旋态（图1）。在CoFeO SSNC样品中，Kβ1,3-Kβ′分裂难以区分，证明其中低自旋的八面体中心Co3+Oh占主导地位。与之相比，CoFeMnO YSNC的Kβ′特征增强，证实其中更多的Co3+Oh被驱动到四面体配位中心Td，并转换为高自旋状态。图1. 不同样品的Co Kβ XES谱图 由于低自旋Co3+Oh的固有局部电子结构与空的eg轨道，具有CoOh-O-CoTd结构单元的Co3O4显示出相对较低的电导率（图2a）。相反，当Mn3+被引入Oh位点时，Mn3+Oh中部分占据的eg轨道通过桥接O2-带来强烈的MnOh-O-CoTd超交换相互作用，构建了一个畅通无阻的自旋通道（图2b）。如图2c所示，自旋极化电子在费米能级附近具有自旋态，通过离域电子表现出半金属特性。双活性位点间通过自旋极化电子形成有效的电荷传输通道，促进多硫化锂在电极表面发生连续的吸附-催化转化过程（图2d），实现了高性能的Li-S电池。该项研究以“Cooperative Catalysis of Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries through Adsorption Competition by Tuning Cationic Geometric Configuration of Dual-active Sites in Spinel Oxides”为题，发表于国际高水平期刊《Angewandte Chemie International Edition》。图2. (a) Co3+Oh和相应的CoOh-O-CoTd自旋通道的轨道分裂图示。(b) Mn3+Oh和相应的MnOh-O-CoTd自旋通道的轨道分裂图示。(c) MnOh掺杂Co3O4的自旋极化示意图。(d) 多硫化锂在CoFeMnO YSNCs表面连续“吸附-转化”过程的机理示意图。 中国科学院 JACS中国科学院的刘向峰团队利用自旋态调控设计出稳定的4.6V高压LiCoO2正极材料，有效提升了电池容量和倍率性能，并实现了优异的充放电循环稳定性[2]。高压LiCoO2由于其较高的理论容量而备受研究者关注，然而高电压会导致过量的O→Co电荷转移，使晶格O2–过度氧化并释放O2，造成结构退化，容量衰减，严重限制其实际应用。本文的作者通过引入高自旋的Co有效解决了这一问题，其机理如图3a所示。对于低自旋LiCoO2而言，Co t2g和O 2p轨道之间高度重叠。充电后，首先从t2g中提取电子，将低自旋Co3+（t2g6 eg0）氧化为Co4+（t2g5 eg0）。当一半的Co3+阳离子被氧化成Co4+时，费米能级达到O 2p态。随着进一步氧化，O→Co电荷转移被触发，从而将Co4+还原为Co3+甚至Co0+，同时将O2&minus 氧化为O2。这一过程使O-O 键缩短，Co-O键变长，造成晶格畸变。充放电循环后，由于不可逆的化学反应和晶格变化，材料的电子结构无法恢复到原始状态。对于高自旋LiCoO2，Co t2g和O 2p之间的重叠减少。纳米带状网络结构产生的晶格应力场抑制了脱锂时的结构变化。这些特性抑制了费米能级在高电压下接近O 2p，并从根本上解决了O → Co电荷转移问题。因此，充放电循环后，高自旋LiCoO2的能带结构可恢复到初始状态。实验上，作者成功合成出高自旋LiCoO2 (HS-LCO)与低自旋LiCoO2（LS-LCO），并利用easyXAFS台式X射线吸收精细结构谱仪的XES辅助表征（图3b）。在长时间电池循环测试后，HS-LCO中的Co仍然保持高自旋态。该项研究以“Reducing Co/O Band Overlap through Spin State Modulation for Stabilized High Capability of 4.6 V LiCoO2”为题，发表在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上。图3. (a) LS-LCO和HS-LCO中自旋态对能带结构的影响及氧化还原机理示意图。(b) LS-LCO和HS-LCO原始样品及循环测试后的HS-LCO电极的XES谱图。 图4. 美国台式X射线吸收谱仪系统easyXAFS300+ 【参考文献】[1] Cooperative Catalysis of Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries through Adsorption Competition by Tuning Cationic Geometric Configuration of Dual-active Sites in Spinel Oxides. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202216286[2] Reducing Co/O Band Overlap through Spin State Modulation for Stabilized High Capability of 4.6 V LiCoO2. J. Am. Chem. Soc., DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c01128

岛津原子力显微镜铅酸电池 以铅酸电池和锂离子电池为代表的二次电池，为了提高充放电特性、耐久性等性能，一般会向电解液中添加添加剂。到目前为止，已有种类繁多而且性能优异的添加剂被广泛使用到各类二次电池中。然而，迄今为止，这些添加剂如何提高电池性能的原理仍不甚明了。观察电解质中负极附近的界面状态对于阐明添加剂的贡献很重要。 铅酸电池是一种具有多种优点的二次电池，包括出色的安全性、宽工作温度范围和大电流放电。由于这些原因，它们被广泛应用于不间断电源（UPS）设备、公共设施应急电源设备以及汽车发动机启停系统的启动电池，成为社会基础设施不可或缺的一部分。然而，铅酸电池在使用过程中会发生负极的硫酸盐化，并因此导致电池性能劣化。在电解液中增加添加剂可以缓解这一问题。磺化木质素是一种具有代表性的添加剂。然而，但木质素如何促进电化学反应和硫酸化的缓解直到现在仍未阐明。 SPM-8100FM使用调频(FM)方法可以检测到比传统原子力显微镜(AFM)更小的力。因此使用SPM-8100FM高分辨率原子力显微镜和电化学溶液电池，观察稀硫酸环境下铅的固液界面状态，有助于理解添加剂的作用原理。 以上两张图显示了在初始还原反应后对垂直于铅表面的截面进行成像得到的负极(铅)固液界面处的图像。图像的上半部分是电解液，图像下半部分变暗的位置是铅表面。探针检测到力（排斥力）的部分看起来很亮。 在左图仅有稀硫酸的情况下，在铅表面上方没有观察到明显的特异变化。但在右图中，使用“稀硫酸+木质素”的情况下，可以在铅表面上方看到明显的不同亮度分层，如图中红色箭头所示区域。判断该层为木质素-铅络合物，该层的存在有助于铅表面硫酸化程度降低，从而有效抑制了硫酸铅的结晶形成。木质素-铅层的与铅表面、液体部分的不同亮度对比表明探针已经深入到该层中，同时也表明木质素-铅层以柔软的状态吸附在铅表面。这是使用原子力显微镜第一次在铅表面上看到厚度为50nm至100nm的木质素-铅层。 该实验证明了用高分辨原子力显微镜对电化学表面进行观察的可能性，有助于获得更多的电催化过程中界面处的信息，从而提高我们对反应过程的理解。因此可以期待利用SPM-8100FM进行电解质的界面成像来分析其他类型的二次电池充放电过程固液界面处的状态变化。请点击查看视频：https://mp.weixin.qq.com/s/G-1nBKLAxmwPW3FUHYbouASPM-8100FM 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

“中国充电联盟”近期披露了2022年10月全国电动汽车充换电基础设施运行情况。10月公共充电桩同比增长58.1%，环比增加4.4万台。广东、江苏、上海、浙江、北京位列前五。在13日召开的2022电子开发者技术大会上，车载半导体企业德州仪器中国区技术支持总监师英告诉记者，他们正围绕“光、储、充、放、减”五个维度布局新能源充电桩。尽管新能源充电桩在技术方面已经成熟，落地实践已经开始推广，但是师英表示，在充电桩进一步扩大规模和布局的过程中还存在若干痛点。智能汽车带火充电桩伴随着新能源汽车渗透率的提升和一系列“新基建”、“稳增长”政策的出台，充电桩产业进入快速发展期并喊出了万亿市场规模的预期。2017年至2022年5月，中国汽车智能充电领域共披露25起投融资事件，金额达18.1亿元。截至今年10月，“中国充电联盟”内成员单位总计上报公共充电桩168.0万座，从2021年11月到2022年10月，月均新增公共充电桩约5.1万座。从充电设备的类型来看，目前的充电基础设施有交流充电桩、直流充电桩、交直流一体桩以及无线充电桩。其中，前两者为市场主流的两种类型。在功率方面，直流充电桩充因电时间短成为市场较为青睐的产品，其平均功率在100－120kW。根据市场统计数据，全球商用直流充电设备单桩均价在10－15万元之间。不过，大功率直流充电桩的单桩价格能达到60－70万元。根据头豹研究院的预测，预计2026年，新能源充电桩的市场规模将达到784.4亿元。目前，产业链上游组成部件中以充电模块和锂离子电池为核心。产业链中游的运营商竞争者众多，行业竞争日益激烈，而下游方面随着新能源汽车销量逐年上升，市场需求旺盛。师英告诉记者，目前国内新能源车和充电桩的比例约为2:1，充电桩的建设还跟不上新能源汽车的发展，对于新能源车的长途出行，用户还存在普遍的“里程焦虑”。“除了数量问题之外，随着新能源汽车越来越多，这些车开始接入电网充电时，对现有的电网建设提出了更高的要求，电网负载的变化也是非常复杂和巨大。“他说。新技术助推降本增效师英表示，未来充电桩的运营方向必定朝着成本降低、效率提升的方向前进，而在这个过程中，人工智能、边缘计算、5G等新技术可以有所助力，帮助充电桩进行自动化维护。“我们可以利用边缘计算和人工智能技术，让充电桩接入到泛在的物联网中和电网融合为一体。在这样的情况下，在新能源汽车充电时，充电桩可以利用大数据和人工智能分析它对于电网负荷的影响，智能调控。同时它可以本身完成自动化的维护，降低成本。” 他说。而另一方面，德州仪器看好并正在积极探索V2G（车辆到电网）模式。V2G是新能源汽车用户可以获利的另一种商业模式，即新能源汽车参与电网实时调控与调峰辅助服务，通过向电网售电的方式获得额外收益。换句话说，新能源汽车不再单向接受电网的电能输送，而是作为“移动充电宝”使用，在低电价时给车辆充电，在高电价时将新能源汽车的电量出售给电网。“在未来V2G发展到一定的程度之后，新能源汽车本身就是一个体量庞大的储能载体，当5G和物联网发展到一定程度的时候，充电桩本身就可以接入网络，实现充放电的一体化。”在师英看来，5G和物联网，这些是实现V2G的一个必要的途径。针对于目前德州仪器正在布局的技术，师英介绍说，德州仪器正在推动智能充电桩和新能源本身紧密结合。他表示，除了充电之外，充电桩还负载了光伏转换和储能的功能。对于平衡电网的负载以及新能源的再生采集利用来说，充电桩负担了新的使命。“对于下一代充电桩来说，我想基本的技术要素都是成熟的，只是说怎样把它作为完整的系统接入到新能源再生能源网络里，这可能需要上下游的合作伙伴一起去不断探索。“师英说。车芯公司的新生意近年来，头部汽车半导体厂商开始进军智能充电桩上游市场并提供整体解决方案。目前意法半导体、德州仪器、英飞凌等企业都已纷纷推出各自的直流充电站解决方案并积极布局。不过从产品角度来看，各家厂商更多是推出智能充电桩的模块器件。今年年初意大利公司alpitronic宣布推出50 kW直流充电桩HYC50，采用英飞凌的EasyPACK CoolSiC MOSFET 1B和2B模块以及EiceDRIVER X3驱动器。今年九月意法半导体发布了两款采用主流配置的内置1200V 碳化硅(SiC)MOSFET的STPOWER电源模块。据了解，在智能充电桩领域，德州仪器提供包括从核心的数字控制器到周边模拟的驱动以及模拟采样的解决方案。在直流充电桩的主控部分，德州仪器C2000微控制器在市面上应用较为广泛。分析人士告诉记者，汽车半导体厂商积极布局新能源汽车充电桩存在着多方面的考量。一方面是看重利润，而另一方面，车芯厂家可以通过布局充电桩及时把握市场痛点，直接在车芯设计时做出调整。据了解，充电桩组成部件包括充电模块、有源滤波设备、监控计费设备、电池维护设备等，其中最核心的是充电模块，成本占比达到50%。而真正影响充电模块性能的核心电子元器件是IGBT，该器件在在充电模块中的成本占比达到20%以上。一般一台交流充电桩平均成本5,000元，直流充电桩的成本平均8万元。根据中商产业研究院公布的数据，在充电桩的电源管理芯片市场领域，市场参与者主要包含德州仪器、亚德诺、英飞凌、罗姆、微芯、日立等，市场份额占比分别为17%、12%、10%、8%、7%、7%。据师英介绍，德州仪器正在积极推进12英寸晶原厂的投资。

冠亚电池水分测定仪参与华为石墨烯电池研究 原标题：华为石墨烯电池研究获突破：寿命是锂离子电池2倍 12月1日消息，近日，华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破，推出业界高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。　　华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出，石墨烯基高温锂离子电池技术突破主要来自三个方面：在电解液中加入特殊添加剂，除去痕量水，避免电解液的高温分解；电池正极选用改性的大单晶三元材料，提高材料的热稳定性；同时，采用新型材料石墨烯，可实现锂离子电池与环境间的高效散热。　　“高温环境下的充放电测试表明，同等工作参数下，该石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃； 60°C高温循环2000次，容量保持率仍超过70%；60℃高温存储200天，容量损失小于13%”， 李阳兴博士表示。　　这一研究成果将给通信基站的储能业务带来革新。在炎热地区使用该高温锂离子电池的外挂基站工作寿命可达4年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下持久续航，以及无人机高温发热下的安全飞行。　　去年，华为瓦特实验室在第56届日本电池大会（The 56th Battery Symposium in Japan）上发布了5分钟即可充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。据李阳兴博士透露，华为快充电池已经商用，并将于今年12月底正式对外发布超级快充手机。 期间冠亚电池水分测定仪参与华为电池研究（代工厂）部分实验，冠亚电池水分仪系列包括有：电解液水分含量检测仪,特殊添加剂固含量检测仪,电池正极水分测定仪,石墨烯水分仪,锂电池水分仪等。采用国际标准方法可对电池材料水分含量在2-3分钟之内测试完。水分含量下限10ppm，检测方便科学精准，是电池厂商，实验室，检测部门的水分检测仪。

10月11日，国家自然科学基金委员会发布极端条件电磁能装备科学基础重大研究计划2022年度项目指南。极端条件电磁能装备科学基础重大研究计划2022年度项目指南极端条件电磁能装备科学基础重大研究计划以电磁能装备领域的国家重大战略需求为牵引，以建立电磁热力多场耦合极端冲击条件电磁能装备基础理论为核心，通过在等价实验机理、在线测量原理、复杂系统建模理论、快速数值求解算法、材料评价与设计方法和数据处理及分析方法方面的不断创新，为电磁能装备的研制及发展提供科学基础。一、科学目标聚焦电磁能装备及其所用储能电介质材料和直线推进金属材料在多场耦合极端冲击条件下的构效关系和物性演化，以材料调控为基础，以耦合测试为手段，以长效服役为目标，揭示电磁热力多场耦合极端冲击条件电磁能与材料相互作用时空演化机理，构建电磁热力多场耦合极端冲击条件电磁能装备科学基础，引领电磁能装备研发模式变革，产生重大原始创新，占领电磁能技术领域制高点，形成代表世界电磁能技术水平的战略科技力量。二、核心科学问题本重大研究计划的核心科学问题是：电磁热力多场耦合极端冲击条件电磁能与材料相互作用时空演化机理。三、2022年度资助研究方向本重大研究计划所述的电磁能装备特指实现电磁能与动能间瞬时高功率转换的装备；所述的极端条件特指多场耦合和极端冲击的共同作用，其中极端冲击指的是极高功率、极短时间（ms级）、极大电流（MA级）和极高速度（≥2km/s），多场耦合指的是电磁热力共同作用下的多物理场强耦合。本年度重大研究计划所述的电磁能装备材料聚焦电磁能装备所用的直线推进金属材料（含轨道和运动体）和储能材料。2022年度各项申请应符合上述限定条件。（一）培育项目和重点支持项目。拟资助（但不限于）以下方向：1. 电磁能装备直线推进材料物性演变机理与非线性构效关系。研究极端条件电磁能装备直线推进金属材料的各参量时空演化规律和指标评价体系；建立极端条件电磁能装备直线推进金属材料在多场耦合强冲击下的物性参数演变模型。2. 电磁能装备高速载流摩擦界面损伤机制与调控。面向电磁能装备高速载流摩擦磨损的极端条件，开展高速载流摩擦磨损界面行为特征和液化层动态特性研究，发展高速载流摩擦磨损模型、界面沉积层的形成和演化机制；开展界面损伤的预测理论研究，发展高速载流摩擦磨损界面失效预测模型；开展界面损伤抑制策略研究，发展摩擦界面损伤有效控制方法。3. 极端条件电磁能装备服役过程的动力学分析。开展极端条件发射装置在发射过程中载荷运动姿态的精细化建模方法研究，发展电磁发射装置发射动力学快速分析方法。4. 极端条件电磁能装备储能新材料探索研究。面向电磁能装备发展需求，探索关键性能显著提升、满足极端条件电磁热力多场耦合服役需求、促进电磁能装备储能轻量化和长寿化的新概念材料。指标要求为：体积储能密度≥30kWh/m³，质量储能密度≥30Wh/kg，放电体积功率密度≥0.5GW/m³，放电质量功率密度≥0.5MW/kg，充电倍率≥6C和放电倍率≥60C的循环充放电寿命≥1万次。（二）集成项目。拟资助以下方向：1. 电磁能装备高速载流摩擦副时空演化过程的模拟、原位测量与表征研究。针对电磁能装备直线（含轨道）推进材料的高稳定性和长寿化性能要求，从直线（含轨道）推进材料电磁热力多场强耦合作用出发，开展极端工况高速载流摩擦副时空演化过程的模拟技术研究（载流密度≥1010A/m²，摩擦速度≥2km/s，载流摩擦时间≥10ms），发展高速载流摩擦副动态行为（含磨损量、表面形貌、界面温度等）的原位测量方法，形成高速载流摩擦副的动态特性表征方法；发展高速载流摩擦副的匹配优化设计策略，突破现有直线（含轨道）推进材料的寿命关键技术指标，取得性能具有重大提升的实物研究成果（极端工况服役寿命≥1000次）和在电磁能装备上的典型示范验证。2. 电磁能装备储能材料极端条件物性演化过程的模拟与原位测量、性能劣化机理表征与性能提升研究。针对电磁能装备储能材料的高储能密度和长寿命两大技术要求，从储能材料的结构出发厘清科学问题，开展电磁热力多场耦合作用极端条件的过程模拟技术研究；发展储能材料服役物性演化过程（含空间电荷、温度分布、应力应变分布、电场分布、表面形貌等）的原位测量方法，揭示储能材料极端条件服役的物性参数劣化机理，形成储能材料极端条件服役性能的表征方法；发展储能材料跨尺度（微观分子结构、介观界面结构、宏观结构）关联性能提升策略，突破现有储能材料的密度和寿命关键技术指标，取得性能具有重大提升的实物研究成果和在电磁能装备上的典型示范验证。所述的实物研究成果指标要求为：充电秒级，放电毫秒级，储能≥1kJ，储能密度≥4MJ/m³（电容器）或≥8.5MJ/m³（材料），放电电流≥0.5A/J，额定电压涵盖2-20kV范围，放电效率≥95%（10kHz范围内），充放电频率≥20次/分，以上工况下电容器的服役寿命≥1万次。四、2022年度资助计划2022年度拟资助培育项目9项左右，直接费用的资助强度约为80万元/项，资助期限为3年，申请书中研究期限应填写“2023年1月1日至2025年12月31日”；拟资助重点支持项目9项左右，直接费用的资助强度约为300万元/项，资助期限为4年，申请书中研究期限应填写“2023年1月1日至2026年12月31日”；拟资助集成项目2项左右，直接费用的资助强度约为1200万元/项，资助期限为4年，申请书中研究期限应填写“2023年1月1日至2026年12月31日”。鼓励来自电气、材料、数学、物理、信息等不同学科领域的研究队伍联合参与申请。五、申请注意事项（一）申请条件。本计划项目申请人应当具备以下条件：1. 具有承担基础研究课题的经历；2. 具有高级专业技术职务（职称）；在站博士后研究人员、正在攻读研究生学位以及无工作单位或者所在单位不是依托单位的人员不得作为申请人进行申请。（二）限项申请规定。执行《2022年度国家自然科学基金项目指南》“申请规定”中限项申请规定的相关要求。（三）申请注意事项。申请人和依托单位应当认真阅读并执行本项目指南、《2022年度国家自然科学基金项目指南》和《关于2022年度国家自然科学基金项目申请与结题等有关事项的通告》中相关要求。1. 本重大研究计划项目实行无纸化申请。申请书提交日期为2022年11月14日－11月18日16时。（1）申请人应当按照科学基金网络信息系统中重大研究计划项目的填报说明与撰写提纲要求在线填写和提交电子申请书及附件材料。（2）本重大研究计划将紧密围绕核心科学问题，对多学科相关研究进行战略性的方向引导和优势整合，成为一个项目集群。申请人应根据本重大研究计划拟解决的核心科学问题和本指南公布的拟资助研究方向，在分析国内外已有成果的基础上，明确新的突破点以及创新思路，自行拟定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费等。（3）申请书中的资助类别选择“重大研究计划”，亚类说明选择“培育项目”、“重点支持项目”或“集成项目”，附注说明选择“极端条件电磁能装备科学基础”,根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码。培育项目和重点支持项目的合作研究单位不得超过2个，集成项目的合作单位不得超过4个。（4）申请人在申请书“立项依据与研究内容”部分，应当首先说明申请符合本项目指南中的重点资助研究方向，以及对解决本重大研究计划核心科学问题、实现本重大研究计划科学目标的贡献。如果申请人已经承担与本重大研究计划相关的其他科技计划项目，应当在申请书正文的“研究基础与工作条件”部分论述申请项目与其他相关项目的区别与联系。2. 依托单位应当按照要求完成依托单位承诺、组织申请以及审核申请材料等工作。在2022年11月18日16时前通过信息系统逐项确认提交本单位电子申请书及附件材料，并于11月19日16时前在线提交本单位项目申请清单。3. 其他注意事项。（1）为实现重大研究计划总体科学目标和多学科集成，获得资助的项目负责人应当承诺遵守相关数据和资料管理与共享的规定，项目执行过程中应关注与本重大研究计划其他项目之间的相互支撑关系。（2）为加强项目的学术交流，促进项目群的形成和多学科交叉与集成，本重大研究计划将每年举办1次资助项目的年度学术交流会，并将不定期地组织相关领域的学术研讨会。获资助项目负责人有义务参加本重大研究计划指导专家组和管理工作组所组织的上述学术交流活动，并认真开展学术交流。（四）咨询方式。工程与材料科学部工程五处联系电话：010-62328301

p 　　富士通株式会社和日本理化学研究所最近公布，他们的联合研究小组在材料设计中应用第一原理计算与人工智能技术，对全固态锂离子电池的固体电解质组成做了预测、合成与评价试验，并进行了实际验证。结果证明，即使在较少数据下，通过与人工智能方法结合，仍可高效地找出最佳材料组成，大幅提高材料开发速度。 /p p 　　迄今为止，材料的开发不得不依赖研究人员长期积累的经验和敏锐的直觉，需要积累许多失败的教训才能成功。而第一原理计算是如果指定了材料的组成，基于量子力学可以预测的特征，在实验之前即可预测新的高功能材料的最佳组成，从而大幅减少实验失败次数。但是第一原理计算的负荷非常巨大，材料各种组成需要多重计算，将会花费非常长的时间。 /p p 　　研究小组希望通过材料模拟、实验和人工智能密切结合，解决材料开发中的问题，使材料开发时间大幅缩短，以期更容易地发现意想不到的组成和结晶结构，造出新的高功能材料。 /p p 　　此次研究小组使用人工智能方法之一的贝叶斯推断法组合，控制第一原理计算的运算次数，对全固态锂离子电池固体电解质的三种含有锂的氧酸盐合成化合物进行了预测。结果证实，该方法能在可实现的时间内，预测高锂离子传导率的最佳组合。同时在预测的组成附近也发现了其他组成的高锂离子传导率。 /p p 　　锂离子传导率是固态电解质材料重要的特征之一，是主导锂电池充放电速度的因子。此次研究成果验证了利用材料模拟和人工智能方法可高效开发不漏液、不起火的锂离子电池，今后有望在电池、半导体以及磁性体等材料领域发挥巨大潜力。 /p p br/ /p