题 目: 先进能源存储材料的制备和表征

报告人：谷猛（美国美国加州大学戴维斯分校博士，就职于美国道康宁公司）

时 间：4月29日（星期五）上午10:00

地 点：物理学院新楼5楼多功能厅

摘 要: 进一步开发和利用可持续能源例如风能，太阳能和生物质能可以使我们摆脱环境污染，降低化石资源的耗竭。可充电电池的发明和推广是可持续能源得到进一步利用的关键，同时电池也可以应用在日常电子设备和电车之中。为了发明更高效长寿和便宜的锂离子电池，我们需要克服电极材料本身方面的诸多限制。我的报告中，将会集中介绍在传统锂离子电池方面的研究成果，并讨论和展望关于全固态电池方面的一些研究。原位和三维透射电镜的使用在很大程度上促进了锂离子电池的研究。 近期，球差矫正电镜的发明让扫描透射电镜(STEM)的分辨率达到了一个新水平(~0.5Å),可以用来研究电极材料的缺陷，化学键特征，化学元素分部等。Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料比目前应用的LiCoO₂材料有更高的容量和安全特性，我们在国际上首次利用三维元素分析技术分析了它的元素分部，并且诠释了镍元素表面和晶界聚集对锂离子电池性能的影响，以及直观观察电极材料循环过程中的相变，从而根本上解释了此种材料的失效机理。利用所得的信息，我们能从材料制备上消除镍元素的聚集和应用表面镀膜来延缓电极在循环过程中的容量衰退。在电池研究中，我们发明和进一步改良了原位电镜平台，从而可以利用原位透射电镜来直观的观察电极的相变，电化学反应的进行，电极和电解液的结构变化和破坏。甚至，原位电镜平台可以在原子尺度上直观的观察电极的相变。例如在全固态薄膜电极的原位观察中（图1），我们可以清楚的看到电极材料的结构从单晶转变为非晶的过程。脉冲激光沉积镀膜技术可以用来合成全固态电池的电极和电解质。原位电镜技术的应用可以让我们从原子尺度了解电化学反应的进行过程，确定电极的工作原理和失效分析。最后，我会给大家介绍目前用液体原位电镜技术观察锂离子电池的一些进展和展望。

原位电镜观察薄膜WO3电极的晶态向非晶转变的电化学反应过程