Small Methods：傳統的振動光譜技術在電池研究中的應用

在現有的儲能技術中，鋰離子電池以高能量密度、長循環壽命、高工作電壓等諸多優點主導了攜帶型電子產品的電源。但鋰資源的稀缺和全球的不均勻分布，很大程度上會限制其在大規模儲能中的應用。相比之下，鈉/鉀資源豐富，價格低廉。鈉/鉀離子電池是非常具有發展潛力的電池體系，已經逐漸成為儲能電池領域的研究熱點。二次電池的各項電化學性能，如比容量、倍率性能、可逆性、循環穩定性等，都與正負極材料、電解質組成以及電極-電解質界面在充放電過程中的結構與組成變化息息相關。因此，藉助先進的表徵手段深入研究電極材料及其界面的結構與組成，獲得充放電過程結構與組成的變化信息，對深入理解材料的儲能機制，進一步設計與優化二次電池的電化學性能有著重要的指導意義。

近日，俄勒岡州立大學的紀秀磊教授課題組，南京航空航天大學的張校剛教授課題組，和華南理工大學的鄧遠富教授系統地評述了拉曼（Raman）光譜和紅外（IR）光譜技術在二次電池中的最新研究進展，特別是原位拉曼光譜和原位傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術在鈉/鉀離子電池中的應用。拉曼光譜和紅外光譜是兩種重要的分子振動光譜，具有檢測快捷、解析度高和無損傷等特點。拉曼光譜能提供材料中振動、轉動以及低頻激發的非彈性散射的信息，可以給出材料的結構、取向、組成分子等重要信息。紅外光譜具有化學鍵振動的特徵性，利用反應分子給出較強的指紋吸收，通過紅外吸收頻率和強度的變化探測物種及其變化，可以獲得有關反應機理的重要信息。利用二者解析度高和無損傷的特點，特別適合原位檢測電極材料在電化學過程中的組成和結構變化。在文中作者著重闡述了原位拉曼光譜和原位傅里葉變換紅外光譜測試方法的建立及其對電極材料、電解液以及電極/電解液界面反應的分析。作者最後給出了拉曼和紅外光譜技術在二次電池領域應用的機遇與挑戰。

該綜述工作發表在Small Methods（DOI: 10.1002/smtd.201700332）上。本文的第一作者為華南理工大學的鄧遠富教授和南京航空航天大學的博士研究生董昇陽。

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