ACS Energy Lett.综述：用于钠离子电池时空分析的先进原位表征技术

钠离子电池 (SIB) 作为锂离子电池的有前途的替代品，其能量密度、循环寿命和倍率性能从根本上取决于动态理化反应、结构变化和形态演变。因此，有必要全面了解复杂工作环境中的SIBs 反应过程、降解机制和热/机械行为。

在此，美国弗吉尼亚理工大学林锋教授、阿贡国家实验室Yuzi Liu以及美国博伊西州立大学Hui Xiong等人总结了关于SIB的原位和operando表征技术的最新进展。

原位TEM等微观结构表征是追踪Na嵌入/提取过程中的相变和形态演变的有用工具；XRD、对分布函数（PDF）在内的原位/operando散射技术提供了充放电循环期间整体/局部结构演变和相变的有价值信息；各种光谱技术（XAS和TXM）可以提供有关电荷补偿、局部化学机械特性和荷电状态（SOC）异质性的信息。这些原位技术的最新发展不仅可以直接阐明结构演化和识别反应机制，还可以提供对热力学和动力学过程的全面见解。

图1. 不同尺度的电池方案以及与电化学特性相关的基础科学信息

尽管近年来原位和operando表征技术取得了重大发展，但仍有一些重要问题有待解决：

（1）通常需要复杂的实验配置和昂贵的设备；

（2）设计和优化各种新颖的配置以模拟真实电池的工作条件；

（3）考虑结合不同的表征技术以提供对SIB系统更可靠、稳健和全面的解释；

（4）样本的同一区域可以通过互补特征共同定位和检查；

（5）软XAS、X射线断层扫描和PDF等技术需要在SIB中得到扩展应用；

（6）开发更巧妙的表征技术用于阐明电极材料与非活性成分之间的物理和电化学关系；

（7）注意辐射损害；

（8）努力降低或消除电池颗粒、电极和电池的化学和结构异质性；

（9）需要快速的数据收集和数据挖掘来探索SIBs研究中的非平衡状态；

（10）高通量表征技术对于材料基因组计划方法的材料发现和成分优化非常重要；

（11）采用无监督学习来获得超越当前专家水平的感知，以理解电池性能、反应和衰减机制。

图2. 促进SIB研究和开发的各种原位/operando表征的概述

Spatial and Temporal Analysis of Sodium-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01868

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ACS Energy Lett.综述：用于钠离子电池时空分析的先进原位表征技术

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