近日，维多利亚vic309官网杨勇教授课题组撰写了固体核磁共振技术与磁共振成像技术在锂/钠电池材料和界面原位表征方面的最新研究进展，并以“Solid-State NMR and MRI Spectroscopy for Li/Na Batteries: Materials, Interface, and In Situ Characterization”为题发表于《先进材料》(Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.202005878)。该综述为庆祝维多利亚vic309官网百年校庆专刊论文之一。
不断提高二次电池的电化学性能是电化学储能领域永恒的追求，其中关键电化学性能指标包括循环寿命、能量密度和功率密度等。然而，在充放电过程中，由于电极材料和电极/电解质界面处发生的多因素耦合的动态（电）化学过程，揭示原位(工况)条件下二次电池的工作和衰退机理面临巨大的挑战。该综述论文以课题组的研究工作为主线，结合国内外的研究动态，详细介绍了锂/钠电池中固态核磁共振（ssNMR）和磁共振成像（MRI）技术的最新发展和应用。论文归纳了适用于锂/钠电池研究的固体核磁共振方法，通过典型的研究实例阐明了ssNMR在表征电池材料的初始结构和电化学反应过程中结构演变的应用。总结了ssNMR技术在固体电解质界面（SEI）组分的鉴定、SEI界面离子交换动力学以及原位NMR和MRI技术在锂/钠电池研究中的最新发展，包括原位电池的设计原理、原位NMR/MRI技术的优势、挑战及应用等。最后，论文从材料、界面和原位NMR的角度提出了ssNMR与MRI技术在二次电池研究中的发展方向及应用前景。
杨勇教授课题组多年来致力于发展先进的固体核磁技术，用于电化学能源材料的研究并取得了系列重大进展。近期课题组结合ssNMR和深电势分子动力学模拟（DPMD），揭示了顺磁性电池材料中的快速碱金属离子动力学（Angew. Chem. Int. Ed. 2021. in Press），利用国际合作研发的电化学-原位固体核磁技术装置，追踪界面金属的枝晶生长过程（Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 883-890），研究负极材料的充放电机理（ J. Mater. Chem. A, 2019, 7,19793）等。此外，利用高分辨魔角旋转固体核磁技术对锂离子电池正极材料（Nat. Energy 2017, 2, 17074； Journal of Power Sources 412 (2019) 336–343）、钠离子电池正极材料（Nat. Commun. 2020, 11, 1-12; Angew.Chem. Int. Ed. 2018, 57,11918 –11923；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18086-18095）以及固态电池与固体电解质材料（Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003583; Materials Today 2020，36，139-163； Nano Energy 67 (2020) 104252；Chem. Mater. 2020, 32, 4998−5008）的充放电反应机理，进行了深入系统的研究。
维多利亚vic309官网2017级博士生刘湘思、2018级博士生梁子腾和2016级博士生向宇轩为论文共同第一作者。该工作得到了美国国家强磁场实验室傅日强教授的帮助，以及国家重点研发计划（2018YFB0905400、2016YFB0901502）、国家自然科学基金（21935009、21761132030）的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202005878
