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题目︰原位电镜研究锂电池关键材料内的离子输运动力学
报告人︰章炜，南开大学化学学院研究员
时间：11月11日（周一）上午9：30-11：30，
地点：建工楼410会议室
邀请人：李林森 特别研究员


内容摘要︰

  由于锂离子的动态输运直接诱发锂电池电极材料中的结构和成分变化，进而决定锂电池的电化学性能，因此研究锂离子在电极材料中的输运动力学是锂电池研究的关键科学问题。深刻理解离子动态输运过程将有助于揭示电极材料的电化学性能背后的工作机理。例如，Li4Ti5O12是一种具有快速充放电能力的电极材料，但过去一直认为这种材料只会经历两相相变（Li4Ti5O12 + Li+ +e-Li7Ti5O12），而这两相的低离子电导率无法与该材料的快速充放电能力相匹配。那么锂离子如何在这两相内找到快速输运路径，实现快速充放电？解决此问题最直接的方式即是利用原位电镜技术从原子尺度上直接观测锂离子的动态输运过程。我们通过分析现有的原位电镜表征锂电池技术的不足后，摒弃了设计原位微电池的传统思路，首次研制了一种可在电镜内正常工作的原位液态微电池装置。这种微电池既可以像商用电池一样进行恒流充放电测试，又可同时针对充放电曲线上的每个点采集到相应的锂元素的电子能量损失谱（EELS），据此直接解析锂离子在电池高倍率工作状态下的输运路径及其对应的结构演变过程。结合计算，我们发现两相界面处的固溶相Li4+xTi5O12大大降低了离子跃迁能垒，从而提供了锂离子的快速输运路径。这些实验结果有助于我们从本质上理解电池工作的微观机理，为改良和设计电池关键材料提供理论指导。新的原位实验技术实现了将电极材料的宏观电化学性能与晶体内部的锂离子输运相联系，为研究锂电池的构效关系提供了新的方向和策略。


报告人简介︰
  章炜，南开大学化学学院特聘研究员。2006年本科毕业于北京科技大学材料物理系，后师从中科院金属研究所固体原子像部叶恒强院士学习像差校正电子显微镜技术。于2013年博士毕业后，先后工作于美国布鲁克海文国家实验室和东京大学。有>12年的像差校正电镜工作经历，一直致力于利用像差校正电镜研究各种材料内的构效关系。尤其重在设计新型的原位微观锂电池，利用原位电镜技术在原子尺度上研究锂电池关键材料内的离子动态输运过程，并与电池的宏观电化学性能相关联，最终从本质上剖析电池工作机理。共发表研究论文26篇，其中以第一作者或共同通讯身份在《Nature Commun.》、《Sci. Adv.》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Phys. Rev. Lett.》、《Nano Lett.》、《Adv. Energy Mater.》等期刊上发表9篇论文。