獲獎(jiǎng)項(xiàng)目簡(jiǎn)介
2020年CAIA獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目成果簡(jiǎn)介：表界面分析方法在電池機(jī)理研究中的應(yīng)用
完成單位：中山大學(xué)測(cè)試中心、暨南大學(xué)理工學(xué)院物理學(xué)系
完成人：謝方艷，孟輝，陳建，劉彭義，龔力，張浩
成果簡(jiǎn)介：
以表界面分析方法（X射線光電子能譜、紫外光電子能譜、準(zhǔn)原位X射線光電子能譜、XPS氬離子刻蝕聯(lián)合技術(shù)等）為主要研究手段，對(duì)電池器件（燃料電池、鋰離子/鋰氧電池、鈣鈦礦太陽能電池等）性能提高的機(jī)理進(jìn)行研究。首先利用光電子能譜確定氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑的活性位點(diǎn)，明確燃料電池、鋰離子/鋰氧電池的電極材料成分與性能之間的關(guān)系；其次通過準(zhǔn)原位X射線光電子能譜、紫外光電子能譜、XPS氬離子刻蝕聯(lián)合技術(shù)研究鈣鈦礦薄膜的具體成分、電子結(jié)構(gòu)及其演變過程，有效地將材料的組成、電子結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和光電性能等緊密聯(lián)系起來，深入研究鈣鈦礦太陽能電池性能提高的內(nèi)在機(jī)理；同時(shí)利用X射線光電子能譜與紫外光電子能譜技術(shù)厘清了硅基/氧化物異質(zhì)結(jié)界面的氧化還原的機(jī)制、明確聚合物太陽能電池陰極界面層提高器件性能的內(nèi)在機(jī)理；最后對(duì)表面分析技術(shù)進(jìn)行方法探討，研究光電子能譜儀自帶光源對(duì)鈣鈦礦薄膜表面性質(zhì)的影響、對(duì)不同方法測(cè)量材料功函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析比較。
利用表界面分析方法在電池機(jī)理研究中的具體應(yīng)用取得了系列原創(chuàng)成果：發(fā)表于Advanced Materials、ACS Energy Letter 等期刊論文共40篇；出版譯著《表面分析技術(shù)》；獲授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)；制定國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。以上研究成果可應(yīng)用于燃料電池、鋰離子/鋰氧電池、太陽能電池等內(nèi)在機(jī)制的探索。
創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)價(jià)值：
1.使用X射線光電子能譜與紫外光電子能譜聯(lián)合技術(shù)確定電池關(guān)鍵材料的化學(xué)成分、電子結(jié)構(gòu)及其演變過程，揭示電池電極材料的組成、電子結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響機(jī)理。
2.通過準(zhǔn)原位X射線光電子能譜表征技術(shù)、XPS氬離子刻蝕聯(lián)合技術(shù)深入研究提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率與改善器件穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)理，為材料的制備選擇合適的方法及對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：
1.從構(gòu)效關(guān)系出發(fā)，明確了影響電池性能的關(guān)鍵因素，為高效、穩(wěn)定的電池關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的途徑。
2.利用表界面分析方法深入研究燃料電池、鋰離子/鋰氧電池、太陽能電池性能提高的機(jī)理，促進(jìn)了這些新型電池的商業(yè)化進(jìn)程。
應(yīng)用前景：
1.發(fā)展的表界面分析方法可應(yīng)用于不同類型電池的內(nèi)在機(jī)制研究，為高性能電池的研制提供理論指導(dǎo)。
2.有助于從事電池研究、表界面科學(xué)的研究工作者了解表界面分析方法及應(yīng)用實(shí)例，指導(dǎo)相關(guān)研究人員根據(jù)實(shí)際科研需求選擇合適的表界面分析方法。
