對NaCrO2正極的原位EPR和EPR成像研究:鉻溶解的電子特性和結構降解
布魯克的高性能電子順磁共振(EPR)產品組合提供了一種非破壞性的分析技術,可直接檢測順磁性物質(含自由基和過渡金屬離子)。自由基和過渡金屬離子可以在固體、液體、氣體或細胞和體內進行鑒定和定量。通過連續波和脈沖EPR 技術可以獲得化學結構和分子間的相互作用等。
在布魯克的EPR 波譜儀系列中,ELEXSYS-E580 是一款傅立葉變換(FT)/連續波(CW)系統,為多頻和多共振EPR奠定了基礎。作為一臺高度通用的儀器,E580 可以進行當今所有的脈沖/連續波實驗,并為未來的挑戰做好準備。
E580 采用中頻設計,便于從標準的X 波段升級到L、S、Q 和W 波段;其SpecJet-III 數字采集器和VAMP-III 視頻放大器可提供高達1 GHz 的檢測帶寬;SpinJet AWG(任意波形發生器)開啟了形狀脈沖的新領域,顯著提升了靈敏度和選擇性。
2019年,華東師范大學物理與電子科學學院研究員胡炳文老師采購了布魯克E580 連續波/脈沖電子順磁共振波譜儀(包括L-波段,X-波段和Q-波段,以及成像系統)。E580 憑借其*的檢測能力,為多種波譜、成像實驗提供了穩健的技術支持。
近期,胡老師利用布魯克E580 電子順磁共振波譜儀,利用EPR 成像技術進行了鈉離子電池性能研究,并發表重要論文。我們誠邀您閱讀這篇學術佳作。
論文摘要
NaCrO2 因其低成本、高安全性和高功率的特點,成為鈉離子電池正極的備選材料之一。在投入實際應用前,有必要進一步理解其在循環過程中的電子結構和相變特性。
本研究中,我們采用原位EPR 對NaCrO2 在2.2 - 3.6 V 和2.2 - 4.5 V 電壓條件之間循環切換時電子結構的演變進行監測。我們發現在充電初期NaCrO2 脫鈉以后產生了電子離域效應,這或許是其具備卓*倍率性能的原因。
此外,通過原位EPR 和EPR 成像,我們發現在3.8 V 條件下,電解液中出現了與不可逆相變相關的EPR 信號,這是由于表面重構生成了Cr5+ 離子、而Cr5+ 離子溶解在電解液并存在于較厚的電池隔膜當中。這些研究結果可以幫助研究者更好地設計和改性鉻基正極材料。
作者簡介
胡炳文,現任華東師范大學物理與電子科學學院研究員,法國里爾第一大學博士,國基優青項目獲得者。胡老師的主要研究領域為磁共振方法及其在電池領域中的應用,他開發了SHANGHAI、SHA+、RFDF-XY8-4-1和COM-IV等固體核磁共振脈沖序列,開發了電池體系的in situ NMR 和in situ EPR與EPR 成像方法,應用于鋰/鈉電池體系。