在大規(guī)模應(yīng)用中，儲能器件（ESD）對安全性和循環(huán)壽命有著極高的要求。因此，探索ESD 的運行和失效機制具有重要意義。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所付強教授團隊通過原位表面科學(xué)方法揭示了靜電放電的氣體依賴弛豫和失效機制。結(jié)果最近發(fā)表在《美國化學(xué)會雜志》上。

現(xiàn)有的表征技術(shù)，例如X 射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、X 射線光譜和形貌以及核磁共振(NMR)，都是基于電極或電解質(zhì)的塊體區(qū)域，并且忽略了約束ESD 操作和故障的關(guān)鍵表面/界面行為。

研究人員利用原位拉曼、X 射線衍射(XRD) 和X 射線光電子能譜(XPS) 可視化了ESD 中與氣體相關(guān)的弛豫和失效過程。

他們發(fā)現(xiàn)，對于鋁離子電池（AIB）來說，石墨電極在無水氣氛中的弛豫效應(yīng)表現(xiàn)為可恢復(fù)的階段性結(jié)構(gòu)變化和電子弛豫。通過原位XPS，這些機制可以描述為石墨電極內(nèi)陰離子/陽離子對的重新分布。

一旦暴露于水環(huán)境中，環(huán)境中的H2O分子就會插入石墨電極中，新插入的H2O和離子之間就會引發(fā)水解反應(yīng)。 H2O嵌入和水解后，石墨電極會發(fā)生失效行為，表現(xiàn)為階段性結(jié)構(gòu)退化和電子解耦。