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在線電化學(xué)質(zhì)譜儀在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2020/3/4 15:01:42點(diǎn)擊次數(shù):2484次
在線電化學(xué)質(zhì)譜儀在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

       能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一種重要的技術(shù),由于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有各種優(yōu)勢(shì),如污染少、循環(huán)效率高、壽命長(zhǎng)以及成本低等,而備受關(guān)注。鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)由于其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。     

       在線電化學(xué)質(zhì)譜可以準(zhǔn)確定量鋰離子電池反應(yīng)過(guò)程中消耗和生成氣體的量,通過(guò)結(jié)合電池反應(yīng)時(shí)通過(guò)的電量Q,研究鋰離子電池的可逆主反應(yīng)和不可逆副反應(yīng);鋰離子電池發(fā)生副反應(yīng)時(shí)通常伴隨著氣體的產(chǎn)生,如 H2、CO、CO2等,所以測(cè)定氣體種類和含量,并結(jié)合電量計(jì)算和同位素跟蹤,可以進(jìn)一步明確正、負(fù)極材料、電解液或SEI膜在鋰離子電池運(yùn)行中時(shí)的變化。

在線電化學(xué)質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)示意圖
 

    在線電化學(xué)質(zhì)譜系統(tǒng)主要包括三大部分:載氣傳輸調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電化學(xué)反應(yīng)裝置和質(zhì)譜儀。載氣首先由氣體鋼瓶進(jìn)入捕集阱,排除雜質(zhì)氣體(主要是H2O和CO2等)對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,然后進(jìn)入流量控制器。流量控制器對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定至關(guān)重要,流速太慢容易降低氣相產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移效率,流速太快使得電解液揮發(fā)加劇,所以用戶可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)體系的不同,對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。閥可以控制載氣的開(kāi)關(guān)。鋰離子電池反應(yīng)裝置內(nèi)可形成螺旋梯度氣體流場(chǎng),使得氣流更加穩(wěn)定,大大減小渦流情況的發(fā)生概率,也可提高氣體傳輸效率。冷阱和 Teflon膜可除去樣氣中的有機(jī)電解液,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后,待測(cè)氣體進(jìn)入采樣毛細(xì)管進(jìn)樣組件,經(jīng)加熱恒溫后進(jìn)入在線質(zhì)譜儀中。電子轟擊型離子源(EI)可產(chǎn)生一定能量的電子,并在電離室中將待檢測(cè)化合物電離形成分子離子碎片及碎片離子,由質(zhì)量分析器篩選所需離子后按質(zhì)荷比大小依次抵達(dá)檢測(cè)器,信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、記錄得到氣體變化趨勢(shì)圖。

圖2鋰氧電池的MSCV圖
 

    由上圖可見(jiàn),在線電化學(xué)質(zhì)譜可測(cè)定鋰氧電池中反應(yīng)物O2和副產(chǎn)物CO2隨電極電位和時(shí)間的變化。在線電化學(xué)質(zhì)譜技術(shù)可同時(shí)確定每種產(chǎn)物的法拉第電流隨電極電位或時(shí)間的變化,通過(guò)時(shí)間軸向電勢(shì)軸變換而獲得質(zhì)譜伏安圖(Mass Spectrometric Voltammograms,MSCV),結(jié)合電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)伏安,得到相關(guān)反應(yīng)機(jī)理和定量信息。

綜上所述,在線電化學(xué)質(zhì)譜作為一個(gè)非常重要的分析手段,可以對(duì)鋰離子電池系統(tǒng)儲(chǔ)能器件的安全性和性能研究起到至關(guān)重要的氣體進(jìn)行檢測(cè),因此電化學(xué)在線質(zhì)譜技術(shù)對(duì)于深入研究鋰離子電池儲(chǔ)能器件中存在的重大科學(xué)問(wèn)題和提高儲(chǔ)能器件的產(chǎn)品質(zhì)量方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

 

關(guān)于舜宇恒平過(guò)程質(zhì)譜儀器  

      上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司自2009年推出過(guò)程質(zhì)譜儀以來(lái),以多年的研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力為基礎(chǔ),依托超過(guò)10年的市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),針對(duì)生物、化工催化、新能源等領(lǐng)域的客戶需求,提供多樣化的在線質(zhì)譜解決方案。

 

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