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CPL Special Topic | 电化学储能系统的结构演化
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电池材料在电化学及受热过程中体相结构的演化对电池循环寿命、库伦效率、功率和安全等性能都有着重要的影响：首先，锂、钠等离子在电池材料体相中迁移速率的快慢决定了电池的动力学性能；其次，在电化学过程中，电池材料相变的发生导致其体积、形貌、电子导电性、离子导电性、氧化还原稳定性、电位、应力等一系列重要性质的改变，并直接影响到电池电化学反应及循环寿命；最后，电池正极材料在受热过程中体相结构的变化直接关系到析氧的温度和产热量，从而严重影响电池的安全性能。除体相结构因素影响电池上述性能以外，电池材料界面结构性质对锂、钠等离子在界面处的脱嵌速率、电荷转移速率及电池系统的稳定性也起着关键影响。更重要的是，无论是体相结构还是界面结构，都被广泛证明在电池电化学过程中发生动态变化。因此，理解认识电池材料的本征结构和动态结构演化对于设计更高能量、更高功率、更高寿命以及更安全的电池体系至关重要。
目前研究电池材料体相结构的测试/表征手段包括电化学、衍射、谱学、理论计算等。其中，利用原位探测技术可实时原位的观测材料在能量存储及受热过程中的动态结构变化；结合X射线衍射和原子对分布函数分析不仅可以分析晶相部分的结构，还可用于解析材料无定型相结构；利用核磁共振等手段可以准确分析出锂、钠等离子的局部结构分布特性；将分析手段与质谱技术结合，还可以进一步理解结构变化和产气过程的内在关联；通过一些表面探测技术，如表面增强拉曼、软X射线吸收光谱、X射线光电子能谱等可有效解析出材料界面处的精细结构；此外，将上述实验表征技术与理论计算相结合，还可用于深入理解锂、钠等离子在界面处的储存与传输机制。
为全面和准确地反映电化学储能系统中的材料结构形式、表征技术手段与模拟仿真设计等方面的最新科研及技术成果，推动电化学储能材料结构先进表征技术的进步，促进其在“双碳计划”中的应用，进一步推动当前“能源革命”，Chinese Physics Letters组织了“电化学储能系统的结构演化”专题，以展示国内外代表性科研团队的最新重要成果，从晶体结构到界面性能、从原位表征到精确模拟、从微观图像到宏观表达、从机械强度到温度管理、从稳定性到失效机制等多方面，全面解决和分析了电化学储能系统结构演变中的关键科学问题。
电化学储能的迅速发展极大程度上依赖于储能系统的革新及其推动下的新型材料体系的研发。随着电化学储能的大规模推广和应用，电池材料的本征性能和结构演化的深刻理解对电池的研究开发起到了决定性作用。围绕高能量密度、低成本、高安全性、长寿命、高功率的目标，各国优秀科学家坚定不移地追求创新、专注科研，推动电化学储能技术的快速发展。
客座编辑
李泓 中国科学院物理研究所研究员。主要研究方向为高能量密度锂离子电池、固态锂电池、电池失效分析、固态离子学。提出和发展了高容量纳米硅碳负极材料，基于原位固态化技术的混合固液电解质高能量密度锂离子电池等。发表了400余篇学术论文，授权70余项发明专利，H因子105。目前是科技部和工信部十四五储能和智能电网重点专项总体组组长。国际固态离子学会、国际锂电池会议、国际储能联盟科学执委会成员。
施思齐 上海高校特聘教授(东方学者)(2013年)、上海市浦江人才计划入选者(2014年)、国家优秀青年基金获得者(2016年)、博士生导师。1998和2001年先后在江西师范大学获学士和硕士学位，2004年获中国科学院物理研究所博士学位。2004年8月至2013年5月先后在日本产业技术综合研究所，美国内布拉斯加州-林肯大学、美国布朗大学、通用汽车研发中心做博士后或访问学者。承担国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目12项。主要在电化学储能材料的计算与设计方向上取得一些研究结果。攻读博士学位期间，在国内首先开始应用第一性原理计算来研究锂离子电池材料，丰富了电池材料的研究手段。已在Nat. Catal.、Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Joule、Nature Commun.、Adv. Mater.、Natl. Sci. Rev.、Phys. Rev. B等期刊发表论文140余篇，他引8400余次，H因子47，ESI高倍引论文7篇，入选爱思唯尔(Elsevier)2020年中国高被引学者。授权软件著作权15项，其中1项获商业化。建立具有自主知识产权的电化学储能材料高通量计算平台(https://matgen.nscc-gz.cn/solidElectrolyte/)并开放服务。在美国电化学会议和材料基因高层论坛等国际/国内会议做邀请报告26次。获2020新材料国际发展趋势高层论坛(IFAM)优秀青年科学家奖和中国物理学会2019年“最有影响论文奖”一等奖。担任中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、中国材料研究学会计算材料学分会委员、《Computational Materials Science》、《储能科学与技术》和《硅酸盐学报》编委、《中国科学：技术科学》和中国物理学会“四刊”青年编委及客座编辑3次。
刘珏 博士目前在橡树岭国家实验室散裂中子源担任线站科学家。本科毕业于中国科学技术大学材料化学专业，并于 2015 年从石溪大学获得化学博士学位。他的研究兴趣集中在中子衍射、晶体学、固态化学、以及开发用于储能和催化材料研究的中子衍射技术。他在电池材料及粉末衍射技术方面拥有超过10 年的经验。他参与组织了多个相关国际会议、 并发表了一百多篇相关专业论文。
论文列表
Electrochemical Behavior of Vanadium Carbide in Neutral Aqueous Electrolytes
Chaofan Chen (陈超凡), Di Pang (庞迪), Xiaotong Wang (王晓彤), Gang Chen (陈岗), Fei Du (杜菲), and Yu Gao (高宇)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (5): 058201
FeSO4 as a Novel Li-Ion Battery Cathode
Jiachao Yang (杨家超), Jian Zou (邹剑), Chun Luo (罗春), Qiwen Ran (冉淇文), Xin Wang (王鑫), Pengyu Chen (陈鹏宇), Chuan Hu (胡川), Xiaobin Niu (牛晓滨), Haining Ji (姬海宁), and Liping Wang (王丽平)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (6): 068201
LiCoO2 Epitaxial Film Enabling Precise Analysis of Interfacial Degradations
Changdong Qin (秦昌东), Le Wang (王乐), Pengfei Yan (闫鹏飞), Yingge Du (杜英歌), and Manling Sui (隋曼龄)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (6): 068202
Improvement of Cyclic Stability of Na0.67Mn0.8Ni0.1Co0.1O2 via Suppressing Lattice Variation
Zhongmin Ren (任重民), Muqin Wang (王木钦), Shuaishuai Chen (陈帅帅), Lei Ding (丁雷), Hua Li (李华), Jian Liu (刘健), Jieyun Zheng (郑杰允), Zhihong Liu (刘志宏), Deyu Wang (王德宇), and Mingkui Wang (王鸣魁)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (7): 076102
Thermal Stability of High Power 26650-Type Cylindrical Na-Ion Batteries
Quan Zhou (周权), Yuqi Li (李钰琦), Fei Tang (汤菲), Kaixuan Li (李凯旋), Xiaohui Rong (容晓辉), Yaxiang Lu (陆雅翔), Liquan Chen (陈立泉), and Yong-Sheng Hu (胡勇胜)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (7): 076501
Effect of Fluorine Substitution on the Electrochemical Property and Structural Stability of a Lithium-Excess Cation Disordered Rock-Salt Cathode
Panpan Li (李盼盼), Zhijie Feng (冯志杰), Tao Cheng (程涛), Yingchun Lyu (吕迎春), and Bingkun Guo (郭炳焜)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (8): 088201
Elastic Modulus, Hardness, and Fracture Toughness of Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 Solid Electrolyte
Shan Hu, Pengyu Xu, Luize Scalco de Vasconcelos, Lia Stanciu, Hongwei Ni, and Kejie Zhao
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (9): 098401
Thermal Management of Air-Cooling Lithium-Ion Battery Pack
Jianglong Du (杜江龙), Haolan Tao (陶浩兰), Yuxin Chen (陈育新), Xiaodong Yuan (袁小冬), Cheng Lian (练成), and Honglai Liu (刘洪来)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (11): 118201
Recent Progress in Presodiation Technique for High-Performance Na-Ion Batteries
Fei Xie (谢飞), Yaxiang Lu (陆雅翔), Liquan Chen (陈立泉), and Yong-Sheng Hu (胡勇胜)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (11): 118401
Li Plating on Carbon Electrode Surface Probed by Low-Field Dynamic Nuclear Polarization 7Li NMR
Zhekai Zhang (张哲恺), Jiyu Tian (田季宇), Junfei Chen (陈俊飞), Yugui He (贺玉贵), Chaoyang Liu (刘朝阳), Xinmiao Liang (梁欣苗), and Jiwen Feng (冯继文)
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (12): 126801
First-Principles Calculations about Elastic and Li+ Transport Properties of Lithium Superoxides under High Pressure and High Temperature
Yufeng Li (李玉峰), Shichuan Sun (孙士川), Yu He (何宇), and Heping Li (李和平)
Chin. Phys. Lett. 2022, 39 (2): 026101
Wet Mechanical Milling Induced Phase Transition to Cubic Anti-Perovskite Li2OHCl
Di-Xing Ni (倪地兴), Yao-Dong Liu (刘耀东), Zhi Deng (邓志), Dian-Cheng Chen (陈典诚), Xin-Xin Zhang (张欣欣), Tao Wang (王涛), Shuai Li (李帅), and Yu-Sheng Zhao (赵予生)
Chin. Phys. Lett. 2022, 39 (2): 028201
Probing the Air Storage Failure Mechanism of Ni-Rich Layered Cathode Materials
Qingyu Dong (董庆雨), Ruowei Yi (易若玮), Jizhen Qi (齐楫真), Yanbin Shen (沈炎宾), and Liwei Chen (陈立桅)
Chin. Phys. Lett. 2022, 39 (3): 038201
研究快讯集锦
始于生成网络的马尔可夫链蒙卡
压力诱导具有超高能量密度的含氖聚合氮化物
FeSe超导体的反常能带劈裂和强各向异性超导能隙随掺硫的奇异演变
锁相热扩散趋肤效应
用于拓扑量子器件的纯相超细InAs–Al纳米线原位分子束外延
α-CsPbI3的缺陷容忍性：高温相材料中点缺陷性质的计算方法
Valence Quark Ratio in the Proton
高混合熵提升非晶合金的能量状态
在可调耦合超导量子比特中实现全微波脉冲的CZ门
BaO/SrTiO3界面的电输运性质研究
高通量第一性原理计算探索潜在的笼目材料
氮的高压等结构相变
轨道转移矩驱动的垂直磁化无外场翻转
氟取代高分子在宏观和微观尺度上疏水特性的差异
Kitaev量子自旋液体候选材料α-RuCl3中分数化磁激发的证据
碳纳米管中的氮纳米管
赝厄米性保护幺正散射
非厄米反常贝里联络诱导的奇异输运现象
室温下自旋轨道转矩产生的20纳米斯格明子
Pauli Radius of the Proton
热还原氧化石墨烯膜中意外的锂选择性吸收
基于量子态的深度机器学习实现哈密顿量精确估计
重稀土氢化物的高温超导电性
多功能量子存储器
众里寻他千百度—量子磁体微观模型的多体计算自动寻参
量子自旋液体候选材料中低能激发的非局域效应
PT对称性诱导的激光阈值环及嵌在环上的连续谱中束缚态
半导体中掺杂行为随应变变化的基本规律
典型半导体材料在剪切应变下的本征超导电性
磁场中自旋轨道耦合系统的拓展Rashba解析近似方法研究
利用核四极矩共振和核磁共振研究笼目晶格超导体CsV3Sb5
库伦作用无尽期，动量蒙卡寄相思
二维金属硫代磷化物中的强磁电耦合效应
锶原子光晶格钟上的弗洛凯精密调控：拉比谱及灵敏度
Kagome化合物CsV3Sb5单晶超导态的各向异性
CsV3Sb5中高度稳定的超导再进入现象
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CPL Express Letters栏目简介
为了保证重要研究成果的首发权和显示度，CPL于2012年6月开设了Express Letters栏目。此栏目发表速度快，学术质量高。截至2020年底，平均每篇被引用约20次，已经在国内物理学界建立起良好口碑与声望，来稿数量不断增加。
https://m.sciencenet.cn/blog-3426263-1345833.html
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