北京大学新材料学院潘锋

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深入理解与分析电池（包括锂离子、钠离子、空气电池等）运行过程中的体相和界面行为对于电池性能的持续改进具有重要意义。电化学石英晶体天平（EQCM）离子称量技术是实现这一目标的有力工具，因为它可以在原位工况下研究电池各种现象，包括电极内的离子插入/脱嵌、电解液中的固体成核、界面形成/演化和固液配位等。因此，电化学石英晶体天平对于分析电池中体相与界面的现象与机制具有重要意义。
       北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋课题组近年来利用的电化学石英晶体天平从电池材料体相离子脱嵌与界面结构化学方面的取得了一系列的重要进展，在Nat. Nanotech. (Nat. Nanotech., 2019, 14, 50–56) 等国际顶级期刊发表了约十篇机理探索文章。课题组系统性地总结这些工作，并结合电化学石英晶体天平离子称量技术的基本工作原理与近期在电池领域的最新研究进展，于国际化学和材料领域知名期刊《化学学会评论》（Chemical Society Reviews）上发表了题为“From bulk to interface: electrochemical phenomena and mechanism studies in batteries via electrochemical quartz crystal microbalance”的教程类综述性（发表TUTORIAL REVIEW）文章（Chemical Society Reviews, 2021, DOI: 10.1039/d1cs00629k影响因子=54.5）。

图1. 电化学石英晶体天平在电池领域研究中的应用示意图

        在本综述中，首先介绍了常用表征技术的现状和电化学石英晶体天平的基本原理，包括其独特的功能、背景（如操作理论和原理、历史概述等）、对电池研究的优点以及与其他原位技术（如X射线衍射、原子力显微镜、微分电化学质谱法等）的联用。此外，还进一步回顾了最近关于应用其用来研究电极和电解液的体相的现象以及界面反应机制的进展。体相研究包括电极中的离子嵌入/脱出行为（如电荷储存机制、电极结构演变和电化学离子交换合成等）和来自电解液的成核现象（如碱金属阳极上的离子电沉积、金属-O2电池阴极上的成核等）。界面反应包括固体电解液间相（SEI）的形成/演变（例如，在惰性电极和活性电池电极上），以及固液配位。最后对利用EQCM进行电池研究的未来研究和发展提出了看法与展望。
        这项工作由潘锋教授、尹祖伟博士共同指导完成，博士研究生冀昱辰与尹祖伟博士为文章的共同第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、深圳市科学技术研究基金、广东省重点实验室和中国科学博士后基金等项目的大力支持。