沉積學(xué)的案例
仿真助力優(yōu)化銅電化學(xué)沉積工藝
這些導(dǎo)線(xiàn)可以利用電沉積工藝進(jìn)行印制，因?yàn)檫@項(xiàng)工藝能夠通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)改變器件表面。為了提高面向電路板制造的電沉積技術(shù)，工程師可以借助數(shù)值建模。
利用電沉積制造印刷電路板
簡(jiǎn)而言之，電沉積是一種使用其他材料給基底上涂層的電化學(xué)過(guò)程。這種工藝兼具裝飾功能和實(shí)用功能，可用于各種不同領(lǐng)域，如電子、采礦和納米技術(shù)。電鍍屬于電沉積的一種，主要用途是電路板制造。
PCB 通常由一層或多層銅制成，這些銅沉積在非導(dǎo)電基底之上或之間。銅層被分割成導(dǎo)線(xiàn)或在 PCB 中傳輸信號(hào)的走線(xiàn)。在印制這些圖形線(xiàn)路時(shí)，工程師會(huì)將銅電鍍到電路板上的微腔中。
PCB 實(shí)例。圖片來(lái)自 AB Open。在 CC BY 2.0 許可下使用，通過(guò) Flickr Creative Commons 分享。
利用電鍍工藝制造 PCB 需要克服許多難題。舉例來(lái)說(shuō)，如果 PCB 表面的鍍銅速率發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題甚至是設(shè)備故障。為了找到并消除電鍍過(guò)程中的問(wèn)題，工程師可以使用 COMSOL Multiphysics? 軟件和附加的“電鍍模塊”。
分析電路板溝槽中銅的電化學(xué)沉積過(guò)程
本文的示例模擬了帶細(xì)小溝槽或微腔的電路板上的銅電化學(xué)沉積過(guò)程。在恒電位控制下的實(shí)驗(yàn)室電池充當(dāng)了電鍍電池，陽(yáng)極與陰極相互靠近。沉積發(fā)生后，陰極和陽(yáng)極的邊界開(kāi)始移動(dòng)，因此仿真本質(zhì)上依賴(lài)于時(shí)間。另外，陰極表面的鍍銅沉積速率是不均勻的。
此模型是電沉積的基準(zhǔn)模型，它充分說(shuō)明了 COMSOL? 軟件在求解涉及變形幾何的電化學(xué)問(wèn)題方面的強(qiáng)大能力。此例使用變形幾何分析了電鍍過(guò)程及空腔對(duì)電鍍結(jié)果的影響。通過(guò)使用變形幾何，工程師能夠研究在電鍍過(guò)程中陰極邊界的生長(zhǎng)過(guò)程。
銅沉積的幾何模型。垂直的壁表示主電極的圖案，壁為絕緣體。
展開(kāi) 基于MS進(jìn)行CO2驅(qū)瀝青質(zhì)沉積分子動(dòng)力學(xué)模擬
然而，注氣提高采收率的采用有可能引起瀝青質(zhì)沉積，從而嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。國(guó)外生產(chǎn)實(shí)踐表明,在注氣驅(qū)油過(guò)程中,氣體的注入極易引發(fā)原油中瀝青質(zhì)膠質(zhì)和石蠟等重有機(jī)物的沉積。因此,本文通過(guò)MS軟件進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，分析瀝青質(zhì)沉積對(duì)CO2驅(qū)油的效果。
1. 建立基礎(chǔ)模型
通過(guò)MS的建模功能，構(gòu)建出，樹(shù)脂，瀝青質(zhì)和烷烴等模型，瀝青質(zhì)-Fe模型，以及在體系內(nèi)填充CO2后的模型。
2. 下一步對(duì)體系進(jìn)行優(yōu)化，使體系能量達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。
在Geometry Optimization optimization會(huì)話(huà)框里設(shè)置Algorithm算法為Smart，實(shí)際模擬時(shí)可參考文獻(xiàn)中的信息來(lái)選擇；對(duì)Convergence tolerance收斂公差進(jìn)行設(shè)置，點(diǎn)擊Quality設(shè)置為Ultra-fine，后面的Energy、Force、Displacement幾個(gè)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；設(shè)置Max.iterations最大迭代次數(shù)為50000。
3. 對(duì)體系進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。
使用力場(chǎng)為文獻(xiàn)中常用的COMPASS力場(chǎng)，對(duì)體系分別進(jìn)行200ps的NVT和200PS的NPT（可進(jìn)行不同溫度以及壓力下的模擬）分子動(dòng)力學(xué)模擬。對(duì)最終輸出的體系進(jìn)行500PS的NVE分子動(dòng)力學(xué)體系。收集其MSD和RDF，以及擴(kuò)散系數(shù)。
如圖為分子動(dòng)力學(xué)模擬后的模型圖(部分圖)：
4. 如圖為通過(guò)MS腳本計(jì)算各物質(zhì)之間的相互作用：
最后,歡迎通過(guò)公眾號(hào)"320科技工作室"與我們聯(lián)絡(luò)
展開(kāi) 東華大學(xué)武培怡/焦玉聰團(tuán)隊(duì)《Adv. Sci.》：凝膠電解質(zhì)官能團(tuán)助力鋅金屬（002）晶面成核
與常規(guī)單策略調(diào)控電化學(xué)過(guò)程中鋅晶體成核策略不同，官能化的柔性凝膠電解質(zhì)可以多方面協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)鋅負(fù)極的穩(wěn)定：一方面，凝膠電解質(zhì)中帶電基團(tuán)不僅為鋅離子的高效遷移構(gòu)筑通道，還可以均勻鋅負(fù)極的界面電場(chǎng)，優(yōu)化Zn2+的沉積動(dòng)力學(xué)，誘導(dǎo)電化學(xué)沉積過(guò)程中Zn(002)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)。另一方面，Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)被帶電基團(tuán)重構(gòu)，進(jìn)一步消除了循環(huán)過(guò)程中的副反應(yīng)?；趦尚噪x子帶電官能團(tuán)的協(xié)同調(diào)控作用，PZIB凝膠電解質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了高離子電導(dǎo)率（21.88 mS cm-1）和Zn2+遷移數(shù)（0.74）；在高電流密度7.5 mA cm-2下，Zn/Zn電池累計(jì)容量高達(dá)3000 mA h cm-2，顯著高于液態(tài)電解質(zhì)及目前大多數(shù)用于穩(wěn)定鋅負(fù)極的策略所報(bào)道的電化學(xué)性能。同時(shí)，基于PZIB凝膠電解質(zhì)組裝的柔性器件可以適用于各種機(jī)械變形并提供穩(wěn)定的高電化學(xué)性能。這項(xiàng)工作為電化學(xué)過(guò)程中調(diào)控鋅沉積的成核晶體提供了新的見(jiàn)解，并為設(shè)計(jì)安全、實(shí)用、可穿戴的高性能水系鋅基儲(chǔ)能設(shè)備提供新的思路。
圖1. 液態(tài)電解質(zhì)(a)及PZIB凝膠電解質(zhì)(b)誘導(dǎo)Zn2+沉積示意圖
作者通過(guò)在BC膜上一步原位光聚VIPS單體制備PZIB凝膠電解質(zhì)。其中，BC膜為凝膠電解質(zhì)提供機(jī)械支撐，而PVIPS鏈貫穿于BC網(wǎng)絡(luò)中，為凝膠電解質(zhì)提供官能化。X-射線(xiàn)光電子能譜、核磁共振譜、拉曼光譜及紅外光譜顯示出PZIB凝膠電解質(zhì)中鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)[Zn(H2O)6]2+被PVIPS上的帶電基團(tuán)（SO3-）重構(gòu)為R-SO3- [Zn(H2O)4]2+ -SO3-R，這將改善鋅離子的沉積動(dòng)力學(xué)，并進(jìn)一步減少由水引發(fā)的一系列副反應(yīng)。
圖2.
展開(kāi) 東華大學(xué)武培怡/焦玉聰團(tuán)隊(duì)《Small》：電解液添加劑助力水系鋅離子電池實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍內(nèi)無(wú)枝晶生長(zhǎng)
DMSO的加入重構(gòu)了Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了Zn2+的沉積動(dòng)力學(xué)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅枝晶和副反應(yīng)抑制。同時(shí)，DMSO通過(guò)調(diào)節(jié)水的氫鍵降低了電解液的冰點(diǎn)，使鋅離子電池在寬溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：對(duì)稱(chēng)Zn/Zn電池分別在20℃和-20℃能夠穩(wěn)定電鍍/剝離超過(guò)2100 h和1200 h，Zn/MnO2電池在20℃和-20℃能夠分別穩(wěn)定充放電超過(guò)3000個(gè)循環(huán)和 300個(gè)循環(huán)。
圖1. DMSO添加前后Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)及沉積行為的相應(yīng)示意圖。
作者通過(guò)紅外、拉曼光譜及核磁共振譜詳細(xì)表征了DMSO添加劑對(duì)混合電解液氫鍵和Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)的影響：1）體系中的氫鍵重構(gòu)，原H2O與H2O之間的氫鍵（H-O····H-O）被破環(huán)，DMSO與H2O之間氫鍵（S=O····H-O）形成，有利于降低電解液的冰點(diǎn)，也可以減少電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中由水引起的一系列的副反應(yīng)；2）與H2O相比，在ZnSO4存在時(shí)DMSO加入后1H更加明顯的位移證實(shí)了DMSO對(duì)Zn2+的溶劑化作用的影響。
圖2. DMSO基混合電解質(zhì)的譜學(xué)表征。
DFT計(jì)算進(jìn)一步的分析了DMSO對(duì)Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相比H2O，DMSO與Zn2+結(jié)合能更大，說(shuō)明了DMSO會(huì)優(yōu)于H2O參與Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)，形成負(fù)的溶劑化能和半徑均高于[Zn(H2O)6]2+的 [Zn(H2O)m(DMSO)n]2+，雖然一定程度上降低了離子電導(dǎo)率，但同時(shí)提高了Zn2+的成核過(guò)電位和腐蝕電位，改善了Zn2+的沉積動(dòng)力學(xué)并抑制了Zn金屬的腐蝕。
圖3.
展開(kāi) 
空間液滴操控及顆粒沉積研究取得重要進(jìn)展
上述研究為空間復(fù)雜流體的管控提供了方案，深化了對(duì)顆粒沉積動(dòng)力學(xué)的認(rèn)識(shí)，對(duì)沉積圖案的調(diào)控及新型微納功能材料的制備具有重要的指導(dǎo)意義。以上工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖1 空間中膠體液滴的注射、分離及振蕩
圖2 咖啡環(huán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)中典型干區(qū)的形成機(jī)制
圖3 氣液界面收縮（A）、重力沉降（B）和毛細(xì)補(bǔ)償流（C）的協(xié)同和競(jìng)爭(zhēng)共同決定沉積圖案形貌
圖4 多物理效應(yīng)的協(xié)同和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制
來(lái)源：中科院力學(xué)所
作者：李偉斌
《Sci Adv》綜述：控制鋅金屬電極電化學(xué)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)低成本可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)!
作者建議按照微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和堆積方式對(duì)于Zn電化學(xué)沉積形貌進(jìn)行更加科學(xué)和精確的比較。
Zn金屬電化學(xué)沉積過(guò)程的復(fù)雜性為研究其理化過(guò)程和相互作用，尤其是為在原子尺度下研究SEI層的組成結(jié)構(gòu)及其對(duì)于Zn電沉積過(guò)程的影響機(jī)制創(chuàng)造條件。同時(shí)考慮到Zn和Li在電沉積過(guò)程中的相似性，對(duì)Zn電沉積過(guò)程的研究更有助于理解SEI層的普遍作用。
此外，盡管剝離過(guò)程對(duì)于金屬負(fù)極的可逆性有著重要影響，但相關(guān)的研究相比于沉積過(guò)程明顯過(guò)少。因此通過(guò)原位檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)具有不同形貌的Zn負(fù)極溶解過(guò)程不僅有助于提升金屬負(fù)極材料的可逆性，同時(shí)可以增進(jìn)對(duì)于電化學(xué)沉積過(guò)程的理解。
低成本和環(huán)境友好是Zn電池相比于其他電池體系的主要優(yōu)勢(shì)，因此在研究過(guò)程中必須確保延長(zhǎng)循環(huán)壽命取得的收益高于使用額外材料所提升的成本。堅(jiān)持這一原則不僅有利于降低基礎(chǔ)科研過(guò)程中無(wú)效成果的數(shù)量，更有助于確定低成本Zn電池的最佳商業(yè)途徑。
展開(kāi) 慶祝銅革命20周年——銅互連技術(shù)，了解一下
然后，僅將金屬填充到圖案中，而不是在整個(gè)晶圓表面沉積金屬膜。
除了面對(duì)重新設(shè)計(jì)芯片的明確需求之外，要集成這樣截然不同的工藝，還必須應(yīng)對(duì)許多挑戰(zhàn)。最初，銅填充步驟試用了許多類(lèi)型的物理氣相沉積 (PVD) 和化學(xué)氣相沉積 (CVD) 工藝，但都失敗了。同樣，為了實(shí)現(xiàn)鑲嵌技術(shù)涉及的高深寬比或高窄圖案特征，
必須開(kāi)發(fā)一種特殊的金屬電鍍工藝。由于銅原子可擴(kuò)散到電介質(zhì)中，降低電介質(zhì)所需的絕緣屬性，所以
任何銅互連解決方案都需要一個(gè)阻擋層來(lái)保護(hù)電介質(zhì)。阻擋層上方需要沉積一層薄薄的導(dǎo)電種子層，以便為電鍍工藝做好準(zhǔn)備。最后，
必須開(kāi)發(fā)一種金屬 CMP，以去除填充過(guò)程中所沉積的多余銅。當(dāng)然，為了延續(xù)摩爾定律，我們還面臨著快速整合所有上述工藝而帶來(lái)的壓力。
合作促進(jìn)解決方案
1995 年左右，IBM 和 Novellus Systems（現(xiàn)已并入泛林集團(tuán)）正在合作研究適合銅的電化學(xué)沉積 (ECD) 或金屬電鍍工藝。IBM 的電鍍解決方案可實(shí)現(xiàn)從下往上鍍銅，避免高深寬比結(jié)構(gòu)中的空隙缺陷。該工藝（后被稱(chēng)為 Novellus Electrofill?）被用于SABRE? 金屬電鍍機(jī)臺(tái)系列。Novellus 領(lǐng)導(dǎo)成立“大馬士革聯(lián)盟”，以解決關(guān)鍵集成問(wèn)題，加快工藝的采用。
什么是SABRE?？
展開(kāi) 中科大Adv. Mater. ：直接激光寫(xiě)入石墨烯用于微柔性超高功率超級(jí)電容器
通過(guò)沉積電化學(xué)活性材料制成的混合膜，能夠進(jìn)一步優(yōu)化MSC器件的性能。DLW制造工藝具有擴(kuò)展到大面積和集成其他器件的潛能。這項(xiàng)研究基于CVD石墨烯研究，對(duì)于開(kāi)發(fā)多功能和可擴(kuò)展的靈活的薄膜器件打開(kāi)了窗口。
文獻(xiàn)鏈接：Direct Laser Writing of Graphene Made from Chemical Vapor Deposition for Flexible, Integratable Micro-Supercapacitors with Ultrahigh Power Output（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201801384）。
展開(kāi) 17種金屬3D打印技術(shù)
液態(tài)金屬增材制造（Liquid Metal AdditiveManufacturing）：Vader Systems 創(chuàng)建了液態(tài)金屬增材制造技術(shù)，將1200°C的液態(tài)金屬液滴以類(lèi)似于噴墨打印機(jī)的方式沉積。
電化學(xué)沉積（Electrochemical Deposition）：Exaddon的CERES納米級(jí)金屬3D打印機(jī)，可以使用電化學(xué)沉積制造比人類(lèi)頭發(fā)寬度還小的金屬物體。
DLP金屬打印（DLP metal printing）：ADMATEC和Prodways提供金屬DLP打印。類(lèi)似于金屬材料擠出，金屬粉末與光聚合物樹(shù)脂混合，3D打印部件必須經(jīng)過(guò)相同的脫脂和燒結(jié)過(guò)程，就像金屬材料擠壓方法一樣。
冷噴涂金屬打印（Cold Spray Metal Printing）：冷噴涂金屬打印最初被美國(guó)宇航局用于太空中建造金屬物體。主要特點(diǎn)是快（每小時(shí)6公斤的鋁或銅），缺點(diǎn)是不是那么準(zhǔn)確。澳大利亞公司Titomic和SPEE3D是這項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)跑者。
超聲波固結(jié)（UAM）：使用聲音將薄薄的金屬箔層粘合在一起，在粘合下一層箔之前加工掉每一層的多余部分，因此它是增材制造和減材制造的結(jié)合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印機(jī)系列使用了這項(xiàng)技術(shù)。
激光工程凈成型（LENS）：是一種基于激光的方法，需要一個(gè)非?？煽氐沫h(huán)境。這種工藝需要一個(gè)密封室，通常使用氬氣清除氧氣，使氧化水平盡可能低。LENS激光器的功率范圍從500W到4kW。可用于加工鈦、不銹鋼和鉻鎳鐵合金。盡管維護(hù)無(wú)氧室存在困難，但LENS為用戶(hù)提供了更好的精確度和控制。
電子束自由形式制造（EBF3）：最初由NASA開(kāi)發(fā)，是一種主要用于航空航天工業(yè)的方法。
展開(kāi) 鋰電池的圣杯：崔屹課題組揭示金屬鋰在二次電池中的循環(huán)機(jī)理
這兩篇文章對(duì)于理解鋰金屬沉積和剝離的機(jī)理和進(jìn)一步的鋰金屬電極研究有十分積極的意義和啟發(fā)。尤其值得借鑒學(xué)習(xí)的是在電化學(xué)測(cè)試的基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)仔細(xì)的表征工作來(lái)提升對(duì)機(jī)制的理解。這組工作也為進(jìn)一步通過(guò)理論計(jì)算揭示鋰金屬沉積剝離的原子級(jí)尺度機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)參考。
來(lái)源：知社學(xué)術(shù)圈
柔性紙基集成器件研究取得進(jìn)展！
平面型微型超級(jí)電容器（MSC）作為新型的微型電化學(xué)儲(chǔ)能器件易與傳感器或其它電子器件進(jìn)行有效集成。一般的方法是將傳感器與電源通過(guò)外接導(dǎo)線(xiàn)連接，但在柔性可穿戴技術(shù)中引起不便。如何將柔性和無(wú)線(xiàn)電源與傳感器集成到同一芯片，是當(dāng)前研究所面臨的挑戰(zhàn)。
紙質(zhì)材料成本低、可即用即棄，并具有多孔和粗糙的纖維結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)其與電子器件的結(jié)合力。由于纖維素孔隙引起的毛細(xì)作用使通過(guò)印刷技術(shù)印刷的墨水材料在紙基表面擴(kuò)散，導(dǎo)致形成的圖案質(zhì)量較差。
紙基自供電傳感器的集成示意圖與實(shí)物圖
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室研究員閻興斌團(tuán)隊(duì)通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在濾紙表面形成金屬Ni叉指化集流體，并結(jié)合后續(xù)的電鍍技術(shù)增強(qiáng)集流體的導(dǎo)電性，并抑制金屬Ni在紙基表面的擴(kuò)散，形成了分辨率較高的圖案化集流體。在Ni表面通過(guò)電化學(xué)沉積MnO2或者聚吡咯（PPy）活性材料，并滴凃凝膠電解質(zhì)，形成了基于MnO2的對(duì)稱(chēng)性超級(jí)電容器，以及基于MnO2和PPy的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器。經(jīng)過(guò)測(cè)試，表明該紙基超級(jí)電容器具有較好的電化學(xué)特性和很強(qiáng)的耐機(jī)械形變特性（彎折1萬(wàn)次后容量幾乎沒(méi)有衰退），其能量密度和功率密度皆位于同類(lèi)型超級(jí)電容器的前列。
基于在紙面印刷的金屬集成電路，研究人員將MSC和紫外傳感器或氣體傳感器集成到同一單片紙上，集成器件顯示出良好的傳感特性和自供電特性。未來(lái)有望將能量采集、能量存儲(chǔ)和用電器件集成到同一紙基芯片。這種基于紙質(zhì)基底的集成策略為便攜式和可穿戴電子開(kāi)拓了新的設(shè)計(jì)方法。
該研究在線(xiàn)發(fā)表在Advanced Functional Materials上，研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和研究所“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目的資助和支持。
展開(kāi) 
中國(guó)人開(kāi)創(chuàng)的12大地質(zhì)理論，你知道幾個(gè)?都有哪些大家？
在此基礎(chǔ)上, 葉先生詳細(xì)闡述了他的“外生礦床陸源汲取成礦論”，葉先生明確指出, “陸源汲取成礦論的關(guān)鍵內(nèi)容是陸源風(fēng)化殼及沉積風(fēng)化殼的被海解, 而有機(jī)質(zhì)的參與和存在是海解作用得以有效進(jìn)行的必然內(nèi)容”。他提出了陸源汲取成礦論、沉積礦床成礦時(shí)代的地史意義、沉積礦床物理富集成礦說(shuō)、多因素多階段成礦說(shuō)、生物成礦說(shuō)等新見(jiàn)解；在20世紀(jì)90年代開(kāi)辟“生物成礦”研究，在生物成礦作用、成礦環(huán)境和地質(zhì)背景及礦床的時(shí)空定位、成礦預(yù)測(cè)和成礦標(biāo)志等方面提出了創(chuàng)新性見(jiàn)解。
貢獻(xiàn)：創(chuàng)建并主持國(guó)內(nèi)第一個(gè)沉積學(xué)研究室；發(fā)現(xiàn)了我國(guó)第一個(gè)大型碳酸錳礦床；系統(tǒng)總結(jié)了中國(guó)磷塊巖的成礦和分布規(guī)律；開(kāi)辟生物成礦研究，在生物成礦作用、成礦環(huán)境和地質(zhì)背景及礦床的時(shí)空定位、成礦預(yù)測(cè)和成礦標(biāo)志等方面都有創(chuàng)新性的論述。
展開(kāi) 南京大學(xué)PNAS：提高電池安全性，金屬鋰原位觀測(cè)重要進(jìn)展！
近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院朱嘉教授課題組在基于等離激元效應(yīng)的原位探測(cè)金屬鋰沉積方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以《In operando plasmonic monitoring of electrochemical evolution of lithium metal》為題2018年10月15日發(fā)表在PNAS (doi/10.1073/pnas.1808600115)。
文章鏈接：
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1808600115
隨著電子便攜設(shè)備及電動(dòng)汽車(chē)的迅速發(fā)展，研究并開(kāi)發(fā)高能量密度的鋰電池材料尤為關(guān)鍵。金屬鋰的理論容量可達(dá)商用石墨負(fù)極的10倍，從而有望成為下一代儲(chǔ)能器件的負(fù)極材料。然而在循環(huán)過(guò)程中，鋰離子的沉積非常不均勻，會(huì)形成金屬鋰枝晶，造成電池的短路和大量的副反應(yīng)，從而導(dǎo)致循環(huán)壽命變短，易引發(fā)火災(zāi)爆炸等安全問(wèn)題，阻礙了其商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。因此，為了解決鋰枝晶的問(wèn)題，有效并且準(zhǔn)確地觀測(cè)金屬鋰的沉積過(guò)程進(jìn)而改善電池的性能，顯得尤為關(guān)鍵。但是由于金屬鋰化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡Ｒ?guī)的表征方法很難在納米尺度實(shí)時(shí)探究電池中金屬鋰負(fù)極的沉積過(guò)程以及形貌演變。
朱嘉教授課題組發(fā)展了基于等離激元效應(yīng)的金屬鋰原位觀測(cè)技術(shù)。通過(guò)電池設(shè)計(jì)，利用選擇性電化學(xué)沉積，通過(guò)理論計(jì)算與原位實(shí)驗(yàn)建立金屬鋰沉積形貌與反射光譜之間的直接關(guān)聯(lián)性：在有序金屬鋰顆粒生長(zhǎng)的情況下，由于尺寸依賴(lài)的局域等離激元共振與wood異常的耦合，反射光譜呈現(xiàn)明顯的反射谷；相反，無(wú)序鋰枝晶由于光散射和耦合，具有寬譜的光學(xué)吸收特性，致使反射曲線(xiàn)在可見(jiàn)近紅外波段范圍內(nèi)整體平滑并且反射率低于10%。
展開(kāi) 鋰電新突破：碳納米管薄膜包覆陽(yáng)極 電量提升3~5倍
研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：
碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開(kāi)來(lái)，從而形成一個(gè)沒(méi)有晶枝的光滑層。
這樣的改進(jìn)，并不會(huì)限制此類(lèi)電池的充電速率、甚至放心地運(yùn)用高倍率充放電。
在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發(fā)現(xiàn)其在超過(guò) 580 次循環(huán)后，依然能夠防止晶枝的生長(zhǎng)。此外電池的庫(kù)倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。
左一起為萊斯大學(xué)化學(xué)家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。
不過(guò) Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。
首先，我們用碳納米管薄膜來(lái)修飾固態(tài)的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準(zhǔn)備。
其次，在瀝青衍生的電極中，鋰金屬必須進(jìn)行電化學(xué)沉積，才能在完整的電池裝置中使用。
最終，采用這種新型陽(yáng)極的電池，能夠較市售產(chǎn)品存儲(chǔ) 3~5 倍的電量。即便充滿(mǎn)后放置一個(gè)月，其電荷損失也都可以忽略不計(jì)。換言之，它會(huì)是一種可靠的長(zhǎng)期儲(chǔ)能解決方案。
有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。原標(biāo)題為：《Suppressing Li Metal Dendrites Through a Solid Li‐Ion Backup Layer》
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803869
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
展開(kāi) 鋰電新突破！碳納米管薄膜讓電量提升3~5倍
研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：
碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開(kāi)來(lái)，從而形成一個(gè)沒(méi)有晶枝的光滑層。
這樣的改進(jìn)，并不會(huì)限制此類(lèi)電池的充電速率、甚至放心地運(yùn)用高倍率充放電。
在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發(fā)現(xiàn)其在超過(guò) 580 次循環(huán)后，依然能夠防止晶枝的生長(zhǎng)。此外電池的庫(kù)倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。
左一起為萊斯大學(xué)化學(xué)家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。
不過(guò) Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。
首先，我們用碳納米管薄膜來(lái)修飾固態(tài)的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準(zhǔn)備。
其次，在瀝青衍生的電極中，鋰金屬必須進(jìn)行電化學(xué)沉積，才能在完整的電池裝置中使用。
最終，采用這種新型陽(yáng)極的電池，能夠較市售產(chǎn)品存儲(chǔ) 3~5 倍的電量。即便充滿(mǎn)后放置一個(gè)月，其電荷損失也都可以忽略不計(jì)。換言之，它會(huì)是一種可靠的長(zhǎng)期儲(chǔ)能解決方案。
有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。原標(biāo)題為：
《Suppressing Li Metal Dendrites Through a Solid Li‐Ion Backup Layer》，DOI: 10.1002/adma.201803869
編譯自：New Atlas , 來(lái)源：Rice University
展開(kāi) 