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潘鋒/尹祖?zhèn)hem. Soc. Rev.: 電化學(xué)石英晶體微天平在電池研究中的應(yīng)用

了解電池（如鋰離子、鈉離子、Li-O₂電池等）運行過程中的電極本身和界面行為對于性能的持續(xù)改進(jìn)具有重要意義。

電化學(xué)石英晶體微天平 (EQCM) 是實現(xiàn)這一目標(biāo)的有力工具，因為它可以原位研究各種現(xiàn)象，包括電極內(nèi)的離子插入/脫嵌、電解液中的固體成核、界面形成/演化和固液配位。因此，EQCM 是研究電池電化學(xué)現(xiàn)象和機理的有力工具。

在此，北京大學(xué)新材料學(xué)院潘鋒教授、尹祖?zhèn)?/strong>等人總結(jié)了通過 EQCM 技術(shù)實現(xiàn)的電池研究的最新進(jìn)展。作者首先回顧了常用表征技術(shù)的現(xiàn)狀和EQCM 的基礎(chǔ)知識，包括獨特的能力、背景（如操作的理論和原理、歷史概述等）、對電池研究的益處，以及與其他原位技術(shù)（例如，XRD、AFM、微分電化學(xué)質(zhì)譜 (DEMS)等）的組合。

此外，還進(jìn)一步回顧了最近應(yīng)用EQCM（重量及其他）來研究電極和電解質(zhì)中的現(xiàn)象以及界面反應(yīng)機制的工作。

圖1. 用于研究可充電電池的典型EQCM實驗裝置

具體而言，電極和電解質(zhì)中的現(xiàn)象包括電極中的離子（脫）插入行為（例如，電荷存儲機制，電極結(jié)構(gòu)演變和電化學(xué)離子交換合成等）和源自電解液的成核（例如，離子電沉積堿金屬負(fù)極上的成核、金屬-O₂電池正極上的成核等）。

界面反應(yīng)包括固體電解質(zhì)界面（SEI）的形成/演化（例如，在惰性電極和活性電池電極上）和固液配位。最后，作者給出了關(guān)于EQCM未來在電池研究中的應(yīng)用的展望，盡管 EQCM 具有非凡的優(yōu)勢，但 EQCM 存在不能提供直接的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分信息的局限性。

此外，迄今為止大多數(shù)研究人員僅將 EQCM 用作固/液系統(tǒng)中的重量測量工具。這篇綜述將為研究人員在進(jìn)一步的現(xiàn)象和機制分析以及開發(fā)下一代電池方面激發(fā)新的思路。

圖2. EQCM 技術(shù)發(fā)展歷史概覽

From bulk to interface: electrochemical phenomena and mechanism studies in batteries via electrochemical quartz crystal microbalance, Chemical Society Reviews 2021. DOI: 10.1039/D1CS00629K

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