暨大李宏岩/孙影娟Small Methods：电化学分析+原位表征深入了解钾离子电池的机理

钾离子电池（PIBs）的典型电化学分析方法能够获得其物理和化学特性，原位电化学测量的出现使动态观察和监测成为可能，从而深入了解容量衰减和界面动力学的复杂机制，二者结合可以促进PIBs在储能领域的进一步发展。

在此，暨南大学李宏岩教授、孙影娟等人介绍了传统的基本电分析方法和前沿原位表征技术以及二者联用阐明PIB中钾储存机制的研究进展。

其中CV能够阐明主导的K⁺存储机制，原位EIS分析电化学阻抗，GITT理解K⁺扩散，原位XRD检测相变，原位XAS探索几何结构和电子结构，原位拉曼研究电极/电解液界面的性质，原位TEM获取结构特征，原位SEM检测整体形态变化，原位AFM动态观察界面行为和机械性能。

作者详细总结了相应的原理，重点介绍这些技术可以提供的功能和好处。然后给出了典型的例子，以更好地理解 PIBs 中的电化学反应机理。最后，对挑战和发展趋势进行了重要总结。

图1. PIBs中钾存储机制的电化学分析和原位表征技术的研究

对于特定的PIB，先进的电化学技术将促进大片前沿领域的发展：

（1）利用原位 XRD和TEM结合其他原位技术分别探索各种相移和结构演变，将为电极材料的进一步改性指明方向；

（2）电解液、粘结剂和隔膜的影响也不容忽视，原位拉曼和原位TEM有助于揭示界面机制和监测界面变化；

（3）从理论和实验上全面了解钾的储存机制意义重大。原位电化学表征技术广泛应用于从实验方面研究 PIBs，DFT 计算可以更好地模拟一些杂原子掺杂的电极材料和相应的反应过程。通过将这些电化学技术相互补充，可以获得多维和多模态信息。

此外，这些原位技术不仅可以用于研究PIB，而且还将应用于催化和环境等更多领域。

图2. 原位AFM的架构和研究示例

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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