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    微分電化學質譜(DEMS)在電池研究中的應用與檢測分析
    來源: 時間:2025-06-24 16:50:19 瀏覽:1533次

    微分電化學質譜(DEMS)在電池研究中的應用與檢測分析


    微分電化學質譜Differential Electrochemical Mass Spectrometry, DEMS)是一種結合電化學與質譜技術的原位表征方法,能夠實時監測電化學反應過程中產生的氣態或揮發性產物。在電池研究中,DEMS 被廣泛應用于分析電極反應機理、電解液分解、氣體析出及電池失效機制等。以下是DEMS 的工作原理、在鋰離子電池、鋰硫電池、固態電池等體系中的應用。

    DEMS

    DEMS 的工作原理

    DEMS 系統主要由電化學測試單元(如電池測試池)和質譜檢測器(通常采用四極桿質譜或飛行時間質譜)組成。其核心特點包括:

    原位檢測:在電化學反應過程中實時監測氣體或揮發性產物的生成與消耗。

    高靈敏度:可檢測 ppm 甚至 ppb 級別的氣體分子(如 H?、O?、CO?、CH? 等)。

    時間分辨能力:結合電化學信號(如電流、電壓)與質譜信號,可關聯反應動力學與產物演化。

    DEMS 測試池通常采用特殊設計,確保氣體產物能快速傳輸至質譜儀,同時避免空氣干擾。


    DEMS 在電池研究中的應用

    1)鋰離子電池

    正極材料研究:

    監測高電壓下電解液的氧化分解(如碳酸酯類溶劑分解產生 CO?、C?H? 等)。

    分析層狀氧化物(如 NCMNCA)或富鋰錳基材料在充放電過程中的氧析出(O?)。

    負極材料研究:

    研究石墨或硅負極的固體電解質界面(SEI)形成過程,檢測 H?、C?H? 等副產物。

    分析鋰枝晶生長伴隨的 H? 釋放(來自電解液還原)。

    2)鋰硫(Li-S)電池

    檢測多硫化物的穿梭效應,如 S?、Li?S?(x=2~8)的揮發性物種。

    研究電解液添加劑對多硫化物轉化的影響。

    3)固態電池

    分析固態電解質(如 LLZOLGPS)與電極界面的副反應,如 H?SSO? 的釋放。

    研究鋰金屬負極與固態電解質的相容性。

    4)其他電池體系

    鈉離子電池:檢測電解液分解氣體(如 NaPF? 分解產生的 PF?、HF)。

    鋰氧(Li-O?)電池:實時監測 O? 的消耗與生成,揭示充放電機制。


    DEMS 可檢測的關鍵參數

    氣體析出行為:如 H?、O?、CO?、CH? 等,用于評估電解液穩定性。

    反應中間體:如 Li-S 電池中的多硫化物(S??·、S?2? 等)。

    副反應動力學:通過質譜信號強度與電化學電流的關聯,計算法拉第效率。

    熱失控預警:檢測電池過熱時的氣體釋放(如 COC?H? 等可燃氣體)。



    DEMS 技術在電池研究中具有不可替代的優勢,尤其在解析復雜反應機理、優化電解液配方、提高電池安全性等方面發揮重要作用。隨著原位表征技術的發展,DEMS 可能進一步結合紅外光譜、拉曼光譜等多模態分析手段,為新型電池體系的設計提供更全面的數據支持。



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    12條評論
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    全部 3小時前 四川
    文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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