电池电极材料的原位光子带隙探针

锂离子电池研究中不断涌现出作为电极候选的创新新材料，有望实现高能量密度和高倍率性能。理解锂化过程中潜在的结构变化、形貌演变、降解机制和副反应，对于设计、优化和评估有前景的电极材料十分重要。原位和工况（operando）分析技术提供了一种在真实运行条件下研究这些材料特性的手段。在此，我们展示了一种使用光子晶体结构电极的工况光谱方法，该方法利用光学透射谱实时监测锂化过程中电荷或放电状态的变化以及电极结构的变化。光子晶体具有特征光学响应，其光子带隙（或阻带）表现为来自材料的结构色反射。我们利用该光子阻带的存在，以及其与电极结构和材料相态的复杂关系，将电极锂化与运行期间光谱的变化相关联。在这项工作中，我们探究了锂离子电池中结构化作为反蛋白石光子晶体的TiO2负极的光学和电化学行为。原则上，此处展示的工况技术具有通用性，当以类似于光子晶体结构的有序孔隙率构建时，可应用于广泛的电化学电极材料候选者。