文章内容概述：
本工作中，将多种表界面表征方法包括XPS、Raman、AFM、SKPM等成功地应用于电池过程的在线研究中。通过构建模型铝离子电池（AIB）以及多种原位样品池和样品台的设计，实现对石墨电极表面区域离子插层过程的在线研究，并与电极体相表征结果进行对比，发现电极表面和体相区域储能机制存在明显的差异，据此提出储能电极的表面效应。
为了适应表面表征研究，该研究团队首先构建了Al/HOPG平面结构模型器件，包括铝箔片、高定向热解石墨薄层、以及两个电极之间的离子液体电解质液滴。该模型器件不仅具有和实际电池一致的电化学行为，并且离子在石墨电极中横向扩散距离达到毫米量级，因而可以避开电解液对工作电极表面的表征干扰，实现对规整开放的HOPG电极表面进行谱学和显微学的原位在线表界面研究。

创新点：
本工作通过巧妙构建模型电池以及各种原位表征的样品台样品池，实现了利用各种表面表征方法对于电池体系的原位在线表征。首次对铝离子电池表面电化学过程进行了定量描述，揭示了储能电极的表面效应、尺寸效应。通过构建适合表面表征的平面模型电池，成功实现了原位Raman，XPS，AFM表征，发现了表面区域除了有公认的AlCl4-阴离子插层以外，还有阳离子咪唑的共插层，并且其计量比为5：4. 在线XPS研究表明电极表面区域的插层离子浓度(Al/C ≈ 1:1.7)在充满电状态时（2.45 V）超过体相饱和值(Al/C ≈ 1:24)一个数量级，因此电极表面区域为超富集、多层阴阳离子共存的插层机制，存在明显的表面效应。基于这个鲜明的表面效应，通过利用高质量石墨烯纳米片（购买自先丰纳米）做电极，达到120 mAh/g的高容量是体相鳞片石墨的2倍！与我们原位表征的结果相互印证。

产品使用感受：
为了达到我们的实验目的，我们购买了多层镍基CVD石墨烯（先丰产品编号XF081）以及高质量石墨烯水性浆料（先丰产品编号XF097）。产品相对于其他厂家来说质量非常高，样品均一性，重复性都非常好,和网站描述都非常匹配。我们用多层镍基CVD石墨烯验证尺寸效应，非常符合我们原位表征的预测的结果,并且我们还用薄层石墨烯（3-10 nm）组装成实际的纽扣电池，性能也非常好，高于常规的鳞片石墨。

课题组方向：
学校：中国科学院大连化学物理研究所 导师：傅强 研究员
表界面催化，二维材料，电化学储能器件在线表征

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Operando surface science methodology reveals surface effect in charge storage electrodes National Science Review, nwaa289, Published: 08 December 2020