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    1. 钠离子电池硬碳基负极材料的研究进展
    殷秀平, 赵玉峰, 张久俊
    电化学(中英文)    2023, 29 (10): 2204301-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2204301
    摘要3712)   HTML167)    PDF(pc) (4161KB)(4670)    收藏

    本文系统地总结了近年来钠离子电池中硬碳负极材料的研究进展以及相应储钠机理的发展历程,并从结构设计和电解液调控两方面综述了硬碳材料性能的提升策略。简述了前驱体的选择、碳化温度、预处理、造孔剂、杂原子掺杂、材料复合、电解液调控以及预钠化等策略对硬碳负极材料储钠性能的影响。本文为高性能低成本硬碳材料的设计合成和电解液匹配提供了新的见解,并展望了未来硬碳负极材料进一步研发的方向。

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    2. 第29卷第6期封面和目次
    电化学(中英文)    2023, 29 (6): 0-0.  
    摘要60)      PDF(pc) (102768KB)(4590)    收藏
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    3. 固态锂硫电池研究进展
    罗宇, 马如琴, 龚正良, 杨勇
    电化学(中英文)    2023, 29 (3): 2217007-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2217007
    摘要996)   HTML449)    PDF(pc) (4674KB)(4469)    收藏

    固态锂硫电池具有高能量密度和高安全性的潜在优势,被认为是最有前景的下一代储能体系之一。虽然固态电解质的应用有效地抑制了传统锂硫电池存在的“穿梭效应”和自放电现象,固态锂硫电池仍面临着多相离子/电子输运、电极/电解质界面稳定性、化学-机械稳定性、电极结构稳定性和锂枝晶生长等关键问题亟待解决。针对以上问题,本综述对近年来固态电解质、硫基复合正极、锂金属及锂合金负极以及电极/电解质界面的研究进行了详细的论述。作为固态锂硫电池的重要组成部分,固态电解质近年来受到了研究者们的广泛关注。本文首先对在锂硫电池中得到广泛应用的聚合物基、氧化物基、硫化物基固态电解质的种类和性质进行了概述,并对其在固态锂硫电池中的最新应用进行了系统的总结。在此基础上,对以单质硫、硫化锂、金属硫化物为活性物质的复合硫正极、锂金属及锂合金负极的反应机理以及面临的挑战进行了归纳和比较,对其解决策略进行了总结和分析。此外,对制约固态锂硫电池性能的电极/电解质界面离子/电子输运以及界面相容性问题及其改性策略进行了系统的阐述。最后,对固态锂硫电池的未来发展进行了展望。

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    4. 工业级碱性海水电解:近期进展和展望
    张涛, 刘一蒲, 叶齐通, 范红金
    电化学(中英文)    2022, 28 (10): 2214006-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214006
    摘要1128)   HTML420)    PDF(pc) (1695KB)(3667)    收藏

    由太阳能、风能和海洋等可再生能源驱动的工业级水分解产氢为能源和环境的可持续性发展开辟了一条极具潜力的道路。然而,在工业上最先进电解技术使用高纯水作为氢源,这将带来严重的淡水资源危机。海水分解为饮用水短缺提供了一条切实可行的解决途径,但仍面临规模工业化生产的巨大挑战。在这里,我们总结了海水分解的最新进展,包括反应机制、电极设计标准和直接海水分解的工业电解槽。深入讨论了应对海水电解中的关键挑战,如活性位点、反应选择性、耐腐蚀性和传质能力等的解决方案。此外,该文章重点总结了海水电解设备的最新发展,并提出了设计长寿命直接海水电解装置的有效策略。最后,我们对直接海水电解的未来机遇和挑战提出了自己的观点。

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    5. 多孔陶瓷支撑型管式固体氧化物电解池性能研究
    汪恒吉, 陈文国, 全周益, 赵凯, 孙毅飞, 陈旻, 奥坚科·弗拉基米尔
    电化学(中英文)    2023, 29 (12): 2204131-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2204131
    摘要469)   HTML9)    PDF(pc) (2843KB)(3482)    收藏

    固体氧化物电解池是一种新型能源转换技术,能实现间歇式能源到氢能的高效转化,为能源的有效利用提供了新途径。本文针对固体氧化物电解池金属镍基阴极支撑体在电解过程中的局部氧化以及由此引发的电池结构稳定性问题,提出了一种多孔氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)支撑型管式固体氧化物电解池,其构型为多孔YSZ支撑体/Ni-YSZ燃料极电流收集层/Ni-YSZ燃料极电化学催化层/YSZ/Ce0.8Sm0.2O1.9双层电解质层以及La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ空气电极,研究了造孔剂(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)的含量对多孔YSZ支撑体的孔隙率、孔径分布和支撑体机械强度的影响,考察了电解池在H2O-H2气氛中的电化学电解性能。研究结果表明,当PMMA含量为25wt.%时,电解池具有最优的综合力学性能和电解催化活性,在750 °C的工作温度下,电解池的产氢气速率为3 mL·min-1·cm-2,电解池在10次升降温热循环过程中电解性能衰减为~5%,表现出优良的电解稳定性。本研究结果验证了多孔YSZ支撑型管式电解池的应用可行性。

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    6. 固态锂硫电池综述:从硫正极转化机制到电池的工程化设计
    贾欢欢, 胡晨吉, 张熠霄, 陈立桅
    电化学(中英文)    2023, 29 (3): 2217008-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2217008
    摘要853)   HTML220)    PDF(pc) (3083KB)(2804)    收藏

    锂硫电池具有超高的理论能量密度(2567 Wh·kg-1),且其实际能量密度最高可达600 Wh·kg-1。然而,液态体系的Li-S电池和传统锂电池一样存在着安全隐患。用固态电解质取代电解液有望提高锂电池的安全性能,在近二十年受到了广泛的研究。对于固态锂硫电池来说,除了由于正极材料本身的不同带来的转化机制上的差别,固态电解质的物理化学性质也会显著影响其电化学行为。这篇综述分类讨论了已报道的不同固态锂硫电池体系在性能上的优缺点及其中主要的失效机制,对其能量密度低、循环稳定性差的原因及改善电池综合性能的策略进行了归纳分析,旨在从固态锂硫电池微观机制到全电池水平的工程化设计提供全面的理解,推动固态锂硫电池的进一步发展。

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    7. 碱性电解水高效制氢
    谢文富, 邵明飞
    电化学(中英文)    2022, 28 (10): 22014008-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214008
    摘要2276)   HTML588)    PDF(pc) (2471KB)(2697)    收藏

    与传统化石能源制氢技术相比,利用可再生能源驱动电解水制氢技术具有绿色可持续和制氢效率高等优势,被认为是目前最具前景的制氢方式。然而, 由于电解水两极反应动力学缓慢、 催化剂稳定性较差, 限制了其大规模发展。此外, 阳极析氧反应存在较高的过电势, 从而导致当前制氢能耗与成本较高, 严重制约了其商业化应用。 为了解决上述问题与挑战,本文对当前发展较为成熟的碱性电解水技术进行了综合讨论与分析。 首先, 对电解水发展历程中的重要节点进行了总结, 便于读者了解该领域。进一步, 从电催化剂、 电极、 反应和系统的角度深入总结了提升电解水制氢性能的有效策略。作者分别介绍了近年来层状双金属氢氧化物基电解水催化剂、电解水制氢耦合氧化反应以及可再生能源驱动的电解水系统的重要研究进展; 同时对结构化催化剂在电解水应用中的构效关系进行了深入分析。最后, 对该领域存在的挑战和未来发展方向进行了展望,希望能为氢能的发展和推广提供一定的思路。

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    8. 低铱酸性氧析出电催化剂的研究进展
    倪静, 施兆平, 王显, 王意波, 吴鸿翔, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍
    电化学(中英文)    2022, 28 (9): 2214010-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214010
    摘要1762)   HTML504)    PDF(pc) (4233KB)(1993)    收藏

    开发高性能、 低成本的氧析出反应(OER)电催化剂是促进质子交换膜水电解(PEMWE)制氢规模化应用的关键。迄今为止, OER催化剂的最佳选项仍为贵金属铱(Ir), 但其仍存在活性不足和储量稀缺的问题, 进而增加了材料成本和电力成本。因此, 开发低Ir载量、 高活性和稳定性间距, 且能够满足PEMWE设备中大电流密度和长期运行要求的OER催化剂是十分必要的。这些目标的实现需要深入理解酸性OER机制、明晰材料设计方法, 并建立可靠的性能评估指标(特别是对耐久性的评估)。综上,本文首先系统总结了目前被广泛接受的酸性OER活性表达机制(即吸附析出机制、 晶格氧氧化机制和多活性中心机制)和失活机制(即活性物种溶解、晶相和形态演化、 催化剂脱落和活性位点阻塞), 为催化剂的微观结构设计提供指导。其次, 我们讨论了最近报道的几类低铱OER催化剂, 包括多金属合金氧化物、 负载型催化剂、具有特殊空间结构的催化剂和单位点催化剂, 并重点描述低Ir催化剂中的性能如何得以调控以及其中潜在的构效关系。随后, 我们介绍了常用的催化剂稳定性评价指标、 催化剂失活表征技术以及模拟PEMWE实际操作条件的催化剂寿命测试方法,希望为催化剂筛选提供依据。最后, 针对未来可用于PEMWE体系的低铱OER催化剂的探索提出了一些可行建议。

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    9. 人工智能在锂离子电池研发中的应用
    朱振威, 邱景义, 王莉, 曹高萍, 何向明, 王京, 张浩
    电化学(中英文)    2022, 28 (12): 2219003-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2219003
    摘要1597)   HTML1212)    PDF(pc) (7123KB)(1964)    收藏

    锂离子电池已成为解决现代社会储能问题的最佳解决方案之一。然而,电池材料和器件开发都是复杂的多变量问题,传统的依赖研究人员进行实验的试错法在电池性能提升方面遇到了瓶颈。人工智能(AI)具有强大的高速、海量数据处理能力,是上述突破研究瓶颈的最具潜力的技术。其中,机器学习 (ML) 算法在评估多维数据变量和集合之间的组合关联方面的独特优势有望帮助研究人员发现不同因素之间的相互作用规律并阐明材料合成和设备制造的机制。本综述总结了锂离子电池传统研究方法遇到的各种挑战,并详细介绍了人工智能在电池材料研究、电池器件设计与制造、材料与器件表征、电池循环寿命与安全性评估等方面的应用。最重要的是,我们介绍了AI和ML在电池研究中面临的挑战,并讨论了它们应用的缺点和前景。我们相信,未来实验科学家、数学建模专家和AI专家之间更紧密的合作将极大地促进AI和ML方法用以解决传统方法难以克服的电池和材料问题。

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    10. 影响电池性能的因素:金属离子溶剂化结构衍生的界面行为还是固体电解质界面膜?
    程浩然, 马征, 郭营军, 孙春胜, 李茜, 明军
    电化学(中英文)    2022, 28 (11): 2219012-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2219012
    摘要908)   HTML458)    PDF(pc) (3279KB)(1954)    收藏

    通过电解液分解在电极上形成的固体电解质界面(SEI)层被认为是影响电池性能的最重要因素。 然而,我们发现金属离子溶剂化结构也会影响其电极性能,尤其可以阐明许多SEI无法解释的实验现象。基于该综述,本文总结了金属离子溶剂化结构和衍生的金属离子去溶剂化行为的重要性,并建立了相应的界面模型以展示界面行为和电极性能之间的关系,并将其应用于不同的电极和电池体系。我们强调了电极界面离子/分子相互作用对电极性能的影响,该解释与以往基于SEI的解释不同。该综述为理解电池性能和指导电解液设计提供了一个新的视角。

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    11. 高均匀性的铜柱凸块电镀
    谭柏照, 梁剑伦, 赖子亮, 罗继业
    电化学(中英文)    2022, 28 (7): 2213004-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2213004
    摘要1559)   HTML243)    PDF(pc) (1998KB)(1795)    收藏

    随着电子产品的小型化、多功能化和高性能化的发展,促使着2D集成封装向2.5D或3D集成封装发展。铜柱凸块电镀是晶圆级三维封装的关键基础技术之一。本文研究了铜柱凸块的电镀均匀性与添加剂浓度、 镀液对流、 电流密度和电镀设备之间的影响规律。研究结果表明, 添加剂浓度、 镀液对流以及电流密度对单个铜柱凸块的平整度影响较大,而对铜柱凸块高度的均一性影响较小。相反,电镀设备对铜柱凸块的高度均一性的影响较大, 而对铜柱凸块的平整度影响较小。在三种有机添加剂中, 整平剂对铜柱凸块的平整度影响最大, 随着镀液中整平剂浓度的增加,铜柱凸块顶部形状由凸起、变为平整、 再转变为凹陷。电镀液的单向对流会导致所沉积铜柱凸块形貌发生倾斜。 高的电流密度会导致凸顶的铜柱凸块形貌。精密设计的电镀设备可以提高晶圆上电流密度分布的均匀性, 继而大幅提高电镀铜柱凸块的共面性。本文的研究结果可为铜柱凸块的电镀优化提供指导。

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    12. 吸电子和亲水性Co-卟啉促进电催化氧还原反应的研究
    郭鸿波, 王亚妮, 郭凯, 雷海涛, 梁作中, 张学鹏, 曹睿
    电化学(中英文)    2022, 28 (9): 2214002-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214002
    摘要1157)   HTML382)    PDF(pc) (1852KB)(1791)    收藏

    研究影响电催化氧还原反应活性的因素对于合理设计高效的氧还原反应催化剂至关重要。调节催化剂电子结构通常被用于精确调控电催化氧还原反应活性。然而, 该反应发生在液/气/固界面, 很少有报道调控分子催化剂的亲疏水性来提高其催化活性。在此, 我们报道了两种钴卟啉NO2-CoP(5,10,15,20-四(4-硝基苯基)钴卟啉)和5F-CoP(5,10,15,20-四(五氟苯基)钴卟啉)并研究了其电催化氧还原反应性能。通过同时调控meso-位取代基的电子结构和亲水性能, NO2-CoP显示出比5F-CoP更高的电催化氧还原反应活性, 其半波电位向阳极方向移动近60 mV。NO2-CoP比5F-CoP具有更好的亲水性。理论计算表明, NO2-CoP比5F-CoP更容易有效地与O2分子结合形成CoIII-O2·-。这项工作提供了一个简单而有效的策略, 通过使用吸电子和亲水取代基来提高钴卟啉的氧还原反应活性。该策略对于设计和开发其他用于电催化的分子催化剂体系也具有重要的启发意义。

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    13. 当前和下一代锂离子电池电解液的原子尺度微观认识和研究进展
    侯廷政, 陈翔, 蒋璐, 唐城
    电化学(中英文)    2022, 28 (11): 2219007-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2219007
    摘要844)   HTML398)    PDF(pc) (1487KB)(1722)    收藏

    电解液及构筑电极电解液界面对于开发和应用高比容量储能系统至关重要。具体来说,电解液的机械(抗压性、粘度)、热(热导率和热容)、化学(溶解性、活度、反应性)、输运和电化学(界面及界面层)等性质,与其所组成的储能器件的性能直接相关。目前,大量的实验研究通过调控电解液的物理和/或化学组成来改善电解液性能,以满足新型电极材料的工作运行。与此同时,理论模拟方法近年来得到了迅速发展,使人们可以从原子尺度来理解电解液在控制离子输运和构筑功能化界面的作用。站在理论模拟研究的前沿上,人们可以利用其所揭示的机理性认识对新型电解液开展理性设计。本文首先总结了传统电解液的组成、溶剂化结构和输运性质以及电极电解液界面层的形成机理,进一步讨论了利用新型电解液设计稳定电极电解液界面层的方法,包括使用电解液添加剂、高浓电解液和固态电解质,并着重讨论了对这些新型电解液体系进行原子尺度模拟的最新进展,为了解和认识电解液提供更为基本的理解,并为未来电解液的设计提供系统的指导。最后,作者对新型电解液的理论筛选进行了展望。

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    14. 锂硫电池电解液功能性添加剂研究进展
    张修庆, 唐帅, 付永柱
    电化学(中英文)    2023, 29 (4): 2217005-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2217005
    摘要1195)   HTML358)    PDF(pc) (4829KB)(1699)    收藏

    由于具有能量密度高、成本低等优点,锂硫电池成为最有前景的下一代电池体系之一。然而,锂硫电池的实际应用仍面临着严峻挑战,如硫和硫化锂的低电导率、多硫化物的穿梭效应和锂枝晶的生长等。通过电解液的优化,可以改善电极|电解质界面,减弱副反应,提高电池性能。其中,电解液中的功能添加剂能有效调节电极界面和电池的氧化还原机制。本文系统性总结了锂硫电池添加剂的最新研究进展,并根据添加剂对锂金属负极的保护作用和对硫正极的稳定作用进行了分类。另外,本文详细讨论了添加剂在硫正极的作用,如抑制多硫化物的溶解和穿梭、充当氧化还原介质、激活硫化锂的沉积与溶解等。最后,本文展望了锂硫电池添加剂的发展前景,希望能对高性能锂硫电池电解液的设计提供借鉴。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    15. 固体氧化物电解池阳极材料研究进展
    邹庚, 冯炜程, 宋月锋, 汪国雄
    电化学(中英文)    2023, 29 (2): 2215006-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2215006
    摘要1324)   HTML420)    PDF(pc) (3762KB)(1635)    收藏

    近年来,固体氧化物电解池(SOEC)作为一种高效的电化学能量转换装置,由于其大电流密度、高法拉第效率和高能量效率受到广泛的关注。阳极析氧反应(OER)是SOEC中重要的电极反应,涉及四电子转移过程,反应动力学缓慢,在电解过程中阳极极化电阻较大且能耗高。因此,设计高效稳定的阳极材料对提高SOEC性能及推动SOEC实际应用至关重要。近年来,高性能阳极研究取得了一系列进展。在本综述中,重点介绍了CO2和H2O电解的反应机理,总结了不同类型阳极材料的物理化学和电化学性能,讨论了各种有效的阳极优化策略。此外,还对SOEC的未来研究进行了展望。这对阳极材料的发展和SOEC的实际应用有一定的指导意义。

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    16. 超微电极实验:基本原理、制备方法和伏安性能
    马桢, 林佳阳, 南文静, 韩联欢, 詹东平
    电化学(中英文)    2023, 29 (7): 2216002-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2216002
    摘要1034)   HTML66)    PDF(pc) (1283KB)(1563)    收藏

    超微电极电极尺寸小,双电层电容小,IR降小,传质速率快,响应快,信噪比高,兼具时间和空间分辨率,不仅可以研究快速电极反应动力学性质,而且可以作为电化学扫描显微镜探针,实现基底反应活性的成像,在电化学各个领域均有重要应用,成为一种重要的电化学实验方法。本文将扼要介绍超微电极的基本原理、一种简易的制备方法及其伏安性能的表征实验,以期对开展超微电极实验研究的电化学工作者有所裨益。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    17. 电化学合成纳米材料和小分子材料在电解制氢领域的应用
    魏家祺, 陈晓东, 李述周
    电化学(中英文)    2022, 28 (10): 2214012-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214012
    摘要1211)   HTML451)    PDF(pc) (3241KB)(1482)    收藏

    氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的动力学以及低成本/能源效率的制约。在这些方面,电化学合成通过制造先进的电催化剂和提供更高效/增值的共电解替代品,为提高水电解的效率和效益提供了广阔的前景。它是一种环保、简单的通过电解或其他电化学操作,对从分子到纳米尺度的材料进行制造的方法。本文首先介绍了电化学合成的基本概念、设计方法以及常用方法。然后,总结了电化学合成技术在电解水领域的应用及进展。我们专注于电化学合成的纳米结构电催化剂以实现更高效的电解水制氢,以及小分子的电化学氧化以取代电解水制氢中的析氧共反应,实现更高效、 增值的共电解制氢。我们系统地讨论了电化学合成条件与产物的关系,以启发未来的探索。最后,本文讨论了电化学合成在先进电解水以及其他能量转换和储存应用方面的挑战和前景。

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    18. 锂-氧气电池:正极催化剂的最新进展与挑战
    温波, 朱卓, 李福军
    电化学(中英文)    2023, 29 (2): 2215001-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2215001
    摘要1437)   HTML674)    PDF(pc) (3944KB)(1473)    收藏

    非质子锂-氧气电池具有高理论能量密度,在过去几年里受到了广泛关注。然而,动力学缓慢的氧还原反应(ORR)/氧析出反应(OER)和放电产物Li2O2导电性差导致锂-氧气电池过电位大,放电容量有限,循环寿命短。开发有效的锂-氧气电池正极催化剂可以调控放电与充电过程中Li2O2的形成和可逆分解,减小放电/充电极化。尽管提升ORR/OER动力学的正极催化剂已经取得了一系列重要进展,但是对正极在放电和充电中Li2O2生成和分解过程的理解依然是不足的。这篇综述聚焦于锂-氧气电池正极催化剂的最新进展,总结了催化剂与Li2O2生成/分解的作用关系,本文首先指出了锂-氧气电池正极面临的科学问题,包括动力学缓慢的ORR/OER过程和导电性差的反应产物Li2O2钝化电极,并提出了锂-氧气电池正极设计准则。通过对最近报道的正极催化剂进行分类讨论,明晰调控催化剂活性位点策略,理解在正极反应过程中不同催化剂的活性位点对反应中间产物的吸附状态,以及对Li2O2生成和分解的作用机制,评估了不同类型正极催化剂在锂-氧气电池的潜在应用。最后总结了锂-氧气电池正极催化剂依然存在的挑战,例如阐明正极催化剂活性位点与附着的Li2O2界面在充放电过程中的变化,并揭示了设计高效正极催化剂的决定因素,展望了通过光/磁协助、负极保护以及电解液设计等策略,进一步推动锂-氧气电池的应用。

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    19. 化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展
    沈钰, 李冰冰, 马艺, 王增林
    电化学(中英文)    2022, 28 (7): 2213002-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2213002
    摘要1069)   HTML204)    PDF(pc) (1906KB)(1414)    收藏

    随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司(ASE)已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法, 通过超级化学镀填充方式, 直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时, 在长期从事超级化学填充研究的基础上, 作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。

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    20. PCB酸性蚀刻液中缓蚀剂对厚铜线路制作的影响
    王小丽, 何为, 陈先明, 曾红, 苏元章, 王翀, 李高升, 黄本霞, 冯磊, 黄高, 陈苑明
    电化学(中英文)    2022, 28 (7): 2213007-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2213007
    摘要1151)   HTML165)    PDF(pc) (1574KB)(1351)    收藏

    以2-巯基苯并噻唑(2-MBT)、 苯并三氮唑(BTA)和苯氧基乙醇(MSDS)作为缓蚀剂, 研究了其加入在酸性蚀刻液后对PCB厚铜线路的缓蚀效果。通过接触角测试、电化学测试和蚀刻因子得出缓蚀状态,并结合扫描电子显微镜观察铜表面形貌。通过分子动力学计算和量子化学模拟分析缓蚀剂在铜表面的吸附机理。结果表明,2-MBT + MSDS与BTA + MSDS的分子结构可有效地平行吸附在铜表面,且吸附能高于单一缓蚀剂。加入了2-MBT + MSDS的蚀刻液,对厚度约为33 μm铜线路进行刻蚀,铜线路的蚀刻因子提高到6.59,可有效应用于PCB厚铜线路制作。

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    21. 低聚离子液体的体相与界面及其电化学储能应用
    李丹丹, 纪翔宇, 陈明, 杨燕茹, 王晓东, 冯光
    电化学(中英文)    2022, 28 (11): 2219002-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2219002
    摘要521)   HTML364)    PDF(pc) (3253KB)(1294)    收藏

    近年来,随着单阳离子液体的发展,新型低聚物离子液体被合成并应用。这类离子液体可看作是由几个重复的单阳离子组合而成,可以通过改变阳离子带电基团、间隔连接的长度或种类、末端链的长度以及阴离子种类来获得更多不同的结构。因此,低聚离子液体有更复杂的微观结构和内部相互作用,决定了其多特征的物化性质和电化学特性,有望满足更多对溶剂性能有特定要求的应用。例如,与单阳离子液体相比,低聚离子液体具有更大的可调节性、更宽的液态温度范围、更高的热稳定性等优点,使其在电化学储能设备中得到越来越多的应用,如用作超级电容器和锂离子电池的电解液。在本综述中,我们系统地总结并详细解释了低聚离子液体的性质和结构(包括单个离子的结构和本体液内部的纳米组织)之间的关联,主要是双阳离子液体和三阳离子液体;概括了低聚离子液体作为超级电容器和锂离子电池的电解液的相关研究,重点阐述了由低聚离子液体和不同类型电极组成的双电层的结构和性能,以及与相应单阳离子液体电解液的比较结果;提供了降低低聚离子液体粘度和加速离子扩散的优化措施,提出了低聚离子液体电解液未来可能面临的主要问题和发展前景。

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    22. PEG水系电解液用于高性能锌碘双离子电池
    屈小峰, 唐宇婷, 何鑫程, 周佳晟, 唐子恒, 冯文华, 刘军
    电化学(中英文)    2023, 29 (11): 211026-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.211026
    摘要977)   HTML23)    PDF(pc) (25108KB)(1271)    收藏

    碘因来源丰富和具有较快的氧化还原反应动力学使其作为电池的正极材料而倍受青睐,然而,由于碘单质在电解液中的高溶解性而带来的穿梭效应,使得电池的性能下降。本文在水系锌离子电解液中添加聚乙二醇(PEG400)和碘化钾,PEG400能与碘发生络合,抑制了单质碘和碘离子生成碘三离子(I3-)的反应,进而避免了碘的溶解;最后,该电解液搭配双层碳布集流体、锌片及双层隔膜组装成电池,在1 mA·cm-2电流密度下,首圈容量可达1.62 mAh·cm-2,参与氧化还原反应碘占该电池电解液中碘质量的47.52%,库仑效率为93%左右;而在7 mA·cm-2高电流密度下,库仑效率可达98%左右,循环1200圈后,循环保持率为58.33%。

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    23. 关于水系锌离子电池中无氧钒基正极材料的综述
    贠潇如, 陈宇方, 肖培涛, 郑春满
    电化学(中英文)    2022, 28 (11): 2219004-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2219004
    摘要874)   HTML449)    PDF(pc) (4237KB)(1257)    收藏

    水系锌离子电池具有功率密度高、环境友好、安全性高、低成本和锌资源丰富等优点,被认为具有潜力成为下一代电化学储能系统。然而,正极材料较差的电化学性能制约了水系锌离子电池的未来发展。尽管氧化锰、氧化钒、普鲁士蓝类似物、有机材料等多种材料已被广泛研究,设计具有高性能的理想正极材料仍面临着巨大挑战。无氧钒基化合物由于具有高的电导率、大的层间距、低的离子扩散势垒和高的理论比容量,受到越来越多的关注。本文总结了无氧钒基化合物的研究进展,包括电极材料的设计、改善其电化学性能的有效途径以及复杂的储能机制,提出了无氧钒基化合物目前面临的挑战和未来的发展前景,为进一步制备新型高性能钒基正极材料提供指导。

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    24. 电子功能外延薄膜的电沉积
    黄葵, 黄容姣, 刘素琴, 何震
    电化学(中英文)    2022, 28 (7): 2213006-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2213006
    摘要873)   HTML214)    PDF(pc) (2205KB)(1230)    收藏

    电沉积作为一种在温和条件下从溶液中合成材料的技术已被广泛应用于在导体和半导体基底表面合成各种功能材料。电沉积一般由人为施加于基底的电刺激(如:施加电位/电流)来触发。这种电刺激通过氧化或还原靠近基底表面的溶液层内部的离子、 分子或配合物从而使该溶液层偏离其热力学平衡状态,随后引起目标产物在基底表面的沉积。在电沉积过程中, 许多实验参数都可能从不同的方面对沉积物的物化性质造成影响。迄今为止,已通过电沉积制备出多种单质(包括金属和非金属单质)、 化合物(例如:金属氧化物、金属氢氧化物、 金属硫化物等)以及复合材料。电沉积制备的这些材料大多为多晶、 织构或外延薄膜的形式。其中, 外延薄膜是一种具有特定的面外和面内晶体生长取向且其晶体取向受基底控制的类单晶薄膜。由于外延薄膜中高度有序的原子排列,它们常呈现出独特的电磁性质。本文总结了常见的电沉积合成路线及影响沉积物外延生长的关键实验因素。此外, 本文简要介绍了用于表征外延薄膜的技术。最后, 本文还讨论了一些采用电沉积制备的具有特殊电子、 电磁及光电特性的功能外延薄膜。

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    25. 析氧反应铁镍基预催化剂的表界面调控与进展
    李家欣, 冯立纲
    电化学(中英文)    2022, 28 (9): 2214001-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2214001
    摘要1239)   HTML501)    PDF(pc) (3051KB)(1217)    收藏

    析氧反应(OER)是水分解中重要的半反应, 为提高其催化性能,开发高效非贵金属催化剂已成为当前的研究重点。铁镍(FeNi)基材料被认为是最好的预催化剂, 在催化过程中,它们的表面将转变成高价态金属氧化物或氢氧化物作为真正的活性物质。FeNi基预催化剂的结构和形貌在很大程度上影响了其催化性能, 因此, 优化和调整FeNi基预催化剂的结构和化学环境可以提高电催化性能。基于我们的研究工作, 我们撰写了FeNi基预催化剂的表面结构调控促进电化学析氧反应的研究进展。我们首先介绍了碱性OER的反应机理, 然后从杂原子掺杂、表面成分改性、选择性结构转变、表面化学状态调节、异质结构构建和载体效应等方面讨论了FeNi基预催化剂表面调控对析氧反应性能的影响。尽管在OER反应中FeNi都被认为转变成高价态的金属活性物质, Fe/Ni体系的表面结构、形貌和化学状态仍然能够显著影响其最终的催化性能, 即FeNi基预催化剂的性质会影响析氧反应的催化性能。通过精细设计并尽量提高Fe和Ni的协同作用将有利用提升氧析出的催化性能。我们希望本综述能够对FeNi基预催化剂的制备和表界面性质调控与电催化析氧反应性能的理解有所帮助。

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    26. 碱性电解槽三维两相CFD模拟研究
    高玲玉, 杨琳, 王晨辉, 单桂轩, 霍欣怡, 张梦飞, 李韡, 张金利
    电化学(中英文)    2023, 29 (9): 2207081-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2207081
    摘要1029)   HTML60)    PDF(pc) (7051KB)(1199)    收藏

    电解槽的结构和运行参数对碱性水电解的性能起着重要作用。针对工业碱性水电解槽紧凑的装配结构,特别是在电流密度大于5000 A·m-2时,本文首次建立了耦合电场和欧拉-欧拉k-ε湍流流场的三维数值模型,以准确模拟碱性水电解槽的性能。将模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的准确性。通过电解槽内部电场和流场特性的反馈,确定了适合的浓度、流量的操作条件和流道结构的优化设计方法。适当增加电解液浓度和流速有利于降低槽电压。KOH水溶液的最佳浓度和流速分别为6.0 - 8.0 mol·L-1和30.0 - 45.0 mL·min-1。随着电极与隔膜距离的增加,欧姆过电压显著增加;流道高度和双极板上导流柱的排列方式对电压的影响微弱,但三角形排列的导流柱和流道高度的增加有利于提高流体的分布均匀度,适当增加导流柱之间的距离有利于降低槽电压。多流体出入口电解槽有利于产生更均匀的流体分布,流道高度对多出入口电解槽同样影响不大。宽导流柱间距的多流体出入口电解槽G-2.5-T-0-5-3,配合高流量,既能降低槽电压,又能提高电解质在电极面的法向流速,使电解槽发挥最佳性能。本工作对碱性水电解高效电解槽的放大设计和优化具有一定指导意义。

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    27. 第28卷第10期封面和目次
    电化学(中英文)    2022, 28 (10): 0-0.  
    摘要247)      PDF(pc) (107024KB)(1194)    收藏
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    28. 硅通孔内铜电沉积填充机理研究进展
    孙云娜, 吴永进, 谢东东, 蔡涵, 王艳, 丁桂甫
    电化学(中英文)    2022, 28 (7): 2213001-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2213001
    摘要961)   HTML249)    PDF(pc) (3683KB)(1193)    收藏

    上海交通大学多元兼容集成制造技术团队针对TSV互连的深孔填充电镀难题, 借助有限元软件和任意拉格朗日-欧拉算法, 完成了方程组的数值解算, 实现了TSV填充模式的数值仿真。利用有限元和任意拉格朗日-欧拉算法分析了盲孔的填充机制, 通孔的蝴蝶形式的电镀填充过程, 以及不同深宽比孔的同时填充模式,并利用仿真数据进行了样品的研制及参数优化。分析了电镀的电流密度和热处理温度对电镀填充TSV-Cu的力学属性的影响。通过原位压缩试验研究了电流密度对TSV-Cu的力学性能和显微组织的影响。利用单轴薄膜拉伸试验分析了热处理工艺对TSV-Cu材料属性的影响。结果表明, 随着热处理温度的升高, TSV-Cu的断裂强度和屈服强度明显下降, 杨氏模量呈波纹状变化但变化趋势缓慢。基于上述研究结果, 研究了热失配应力所导致的互连结构热变形机制, 通过自主搭建的原位测试系统,实时观测TSV-Cu随温度变化而产生的变形大小,以研究影响TSV-Cu互连热应力应变的规律。 结果表明, TSV-Cu 的热变形过程分为弹性变形阶段、类塑性强化阶段以及塑性变形阶段。

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    29. 基于从头算分子动力学的金属/氧化物-水界面能带排列
    庄永斌, 程俊
    电化学(中英文)    2023, 29 (7): 2216001-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2216001
    摘要823)   HTML1327104024)    PDF(pc) (2412KB)(1185)    收藏

    金属/氧化物的界面能带排列对于理解电化学界面有至关重要的作用。本文介绍了如何基于从头算分子动力学模拟得到金属/氧化物-水界面的能带排列。计算能带排列可与实验能带排列直接进行比较,以获得该电位下分子层面上的理解。金属界面的能带排列可与实验测定的零电荷电位对比,半导体氧化物界面的能带排列可与实验上零电荷点下测定的平带电势相比较。

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    30. 高活性和耐久性非铂氧还原催化剂的研究进展
    李渊, 陈妙迎, 卢帮安, 张佳楠
    电化学(中英文)    2023, 29 (1): 2215002-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.2215002
    摘要910)   HTML583)    PDF(pc) (3458KB)(1171)    收藏

    质子交换膜燃料电池(PEMFCs)阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,需要消耗大量的贵金属催化剂,这限制了其商业化应用。目前原子级分散的M-N-C(M = Fe, Co, Mn等)催化剂受到人们青睐,有望替代铂催化剂。在过去的几十年里,M-N-C催化剂取得了很大的进步,具有优异的ORR活性,而且燃料电池初始性能有希望接近传统的Pt/C催化剂。然而,这些高活性的Fe-N-C催化剂在燃料电池实际工作条件下的稳定性比较差。在这篇综述中,我们总结了在高效氧还原M-N-C催化剂方面的最近进展,主要概述了我们在限域策略和自旋调控方面的贡献。此外,我们还总结了几种提高活性的有效方法。我们还总结了近期的关于揭示M-N-C催化剂的降解机制的认识,如金属浸出、碳腐蚀、质子化和微孔淹没都会造成催化剂降解。为了改善M-N-C催化剂的寿命,我们概括了文献中的缓解策略,包括控制催化剂中S1/S2位点、使用非铁基催化剂、增强金属氮键、改善碳载体的耐腐蚀性和使用质子缓冲液等。最后,我们提出了目前原子级分散的M-N-C催化剂存在的挑战和可能的解决方案。

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