Small Methods: 一种用于水系金属电池插层材料可控制备及其原位电化学表征的电池

水系金属离子电池近年来受到了越来越多的关注。该种电池具有高能量密度、高功率密度、放电过程高效安全等优点,在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。为了提高水系金属离子电池的性能,加强对于电极材料以及电解液的研究是十分必要的。例如,正是因为在过去几十年里人们对锂离子电池进行了大量的基础研究和发展才使得锂离子电池能够被大量应用在移动设备以及汽车产业上。对于锂离子电池的研究而言,电池设计以及实验方式都已经有了成熟的规范。然而对于水系金属离子电池而言,电池设计和实验规范还未建立。建立通用的电池设计和实验规范有利于提高实验的效率以及信息量。进一步而言,发展能够对水系金属离子电池电极材料进行表征的原位表征技术也是十分必要的。

近日,慕尼黑工业大学的Aliaksandr S. Bandarenka课题组报道了一种用于水系金属电池插层材料可控制备以及原位电化学表征(包括检测电极的质量变化)的电池设计。这种设计结合了标准的电化学测试方法以及能够对电池质量原位检测的原位石英晶体微天平技术。在这套装置中,工作电极和对电极的材料可以被分别制备以及表征,而之后在同一套装置中又可以对这两个电极进行电池测试。作者们用了普鲁士蓝类化合物的电极材料(目前水系钠离子电池常用的电极材料)演示了这一电池设计。由于这种材料接触氧气后会迅速分解,因此不能被暴露在空气中。通常情况下,组装标准纽扣电池需要在手套箱里的惰性环境下进行。但是这种新型的电池设计不需要使用手套箱就可以操作。这是由于材料的制备和表征、以及电池的测试都可以在同一套设备中的氩气或者氮气环境中进行,而且也不需要拆解或组装任何一个部件。

具体电池设计可以参见“A Cell for Controllable Formation and In Operando Electrochemical Characterization of Intercalation Materials for Aqueous Metal‐Ion Batteries”,Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900445)