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暨大李宏巖/孫影娟Small Methods：電化學分析+原位表征深入了解鉀離子電池的機理

鉀離子電池（PIBs）的典型電化學分析方法能夠獲得其物理和化學特性，原位電化學測量的出現(xiàn)使動態(tài)觀察和監(jiān)測成為可能，從而深入了解容量衰減和界面動力學的復(fù)雜機制，二者結(jié)合可以促進PIBs在儲能領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

在此，暨南大學李宏巖教授、孫影娟等人介紹了傳統(tǒng)的基本電分析方法和前沿原位表征技術(shù)以及二者聯(lián)用闡明PIB中鉀儲存機制的研究進展。

其中CV能夠闡明主導(dǎo)的K⁺存儲機制，原位EIS分析電化學阻抗，GITT理解K⁺擴散，原位XRD檢測相變，原位XAS探索幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，原位拉曼研究電極/電解液界面的性質(zhì)，原位TEM獲取結(jié)構(gòu)特征，原位SEM檢測整體形態(tài)變化，原位AFM動態(tài)觀察界面行為和機械性能。

作者詳細總結(jié)了相應(yīng)的原理，重點介紹這些技術(shù)可以提供的功能和好處。然后給出了典型的例子，以更好地理解 PIBs 中的電化學反應(yīng)機理。最后，對挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢進行了重要總結(jié)。

圖1. PIBs中鉀存儲機制的電化學分析和原位表征技術(shù)的研究

對于特定的PIB，先進的電化學技術(shù)將促進大片前沿領(lǐng)域的發(fā)展：

（1）利用原位 XRD和TEM結(jié)合其他原位技術(shù)分別探索各種相移和結(jié)構(gòu)演變，將為電極材料的進一步改性指明方向；

（2）電解液、粘結(jié)劑和隔膜的影響也不容忽視，原位拉曼和原位TEM有助于揭示界面機制和監(jiān)測界面變化；

（3）從理論和實驗上全面了解鉀的儲存機制意義重大。原位電化學表征技術(shù)廣泛應(yīng)用于從實驗方面研究 PIBs，DFT 計算可以更好地模擬一些雜原子摻雜的電極材料和相應(yīng)的反應(yīng)過程。通過將這些電化學技術(shù)相互補充，可以獲得多維和多模態(tài)信息。

此外，這些原位技術(shù)不僅可以用于研究PIB，而且還將應(yīng)用于催化和環(huán)境等更多領(lǐng)域。

圖2. 原位AFM的架構(gòu)和研究示例

In-Depth Mechanism Understanding for Potassium-Ion Batteries by Electroanalytical Methods and Advanced In Situ Characterization Techniques, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202101130

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