新聞網(wǎng)訊 新能源電池充放電過程常伴隨著晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)的物理改變，明確界面過程的基本物理圖像，對于優(yōu)化能源系統(tǒng)性能指標具有重要意義。近日，我校物理科學學院能源物理團隊和中國科學院物理研究所清潔能源實驗室合作，利用共振俄歇光電子能譜（mRAES）和近常壓光電子能譜（APXPS）等先進物理技術(shù)，研究了LiCoO2模型材料在充放電過程中正極表界面氧電子態(tài)的演化，從實驗上揭示了正極表面高價氧的衰退機制，相關(guān)成果以“Unveiling the High-valence Oxygen Degradation Across the Delithiated Cathode Surface”為題，發(fā)表在國際頂刊Angewandte Chemie上。論文第一作者是物理科學學院教授李慶浩和2021級研究生梁琦，物理科學學院教授李強為論文通訊作者，青島大學為第一通訊單位。
層狀氧化物正極基于陰離子氧化還原機制（Anionic Redox Reaction, ARR）可以突破過渡金屬能帶電荷補償?shù)娜萘繕O限，提供更高的可逆容量。然而，晶格氧2p能帶損失電子，除了導(dǎo)致體相晶格結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定外，還會引起一系列表面效應(yīng)，使材料性能快速衰減。由于正極表面存在復(fù)雜的固態(tài)電解質(zhì)界面相（Cathode Electrolyte Interphase, CEI），對材料表面氧電子態(tài)的探測極具挑戰(zhàn)，表面晶格氧反應(yīng)與材料衰退之間的關(guān)聯(lián)尚缺乏清晰的物理圖像。該工作首次結(jié)合mRAS和APXPS光譜研究了模型電極LiCoO2中高價氧引起的界面反應(yīng)機制。mRAS表明在LCO體相發(fā)現(xiàn)的高價氧信號不能在正極表面維持，而是發(fā)生徑向上的價態(tài)衰減；APXPS進一步揭示了正極表面CEI層會被逸出氧或高活性氧氧化，不能形成穩(wěn)定的表面從而導(dǎo)致材料性能快速衰減。以上結(jié)果說明，在正極表面構(gòu)筑無ARR反應(yīng)活性或低ARR反應(yīng)活性的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定CEI，實現(xiàn)基于ARR反應(yīng)高容量材料穩(wěn)定循環(huán)的關(guān)鍵。這些發(fā)現(xiàn)為高容量氧化物正極材料表面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
近年來，青島大學物理科學學院面向國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略需求，充分發(fā)揮物理科學基礎(chǔ)研究優(yōu)勢，大力推動能源物理方向高質(zhì)量有特色地發(fā)展，取得了一系列標志性成果，得到了國內(nèi)外同行的廣泛肯定和關(guān)注。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202215131
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