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能源器件的三電極測(cè)試集錦

來源：阿美特克商貿(mào)（上海）有限公司 更新時(shí)間：2024-08-27 14:00:11 閱讀量：487
導(dǎo)讀：各類能源器件三電極測(cè)試方案及優(yōu)勢(shì)

隨著能源電化學(xué)研究的不斷深入，傳統(tǒng)的兩電極(正負(fù)極，或陰陽(yáng)極)已經(jīng)無(wú)法滿足對(duì)于能源器件內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理，正負(fù)極的貢獻(xiàn)，陰陽(yáng)極的失效程度，內(nèi)部組份變化的診斷與分析等，因此能源器件的同步三電極測(cè)試顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。

不僅僅是目前非常成熟的鋰離子電池，各類能源器件都有對(duì)應(yīng)的三電極解決方案，具體信息如下。

01

鋰離子電池三電極

-LI-ION BATTERIES-
鋰電三電極優(yōu)勢(shì)


  • 正負(fù)極對(duì)性能貢獻(xiàn)

  • 正負(fù)極對(duì)老化的影響

  • 電池失效分析

  • 負(fù)極析鋰監(jiān)測(cè)

  • SEI界面演化

  • 添加劑影響

  • 電荷轉(zhuǎn)移阻抗對(duì)快充影響

  • 多孔電極阻抗研究



參考文獻(xiàn)


1. Critical Review of the Use of Reference Electrodes inLi-Ion Batteries: A Diagnostic Perspective, Batteries 2019, 5, 12; doi:10.3390/batteries5010012

2. Unlocking Charge Transfer Limitations for Extreme Fast Charging of Li-Ion Batteries,

Angew. Chem. Int. Ed, DOI: 10.1002/anie.202214828 

3. Revisiting the Electrochemical Impedance Spectroscopy of Porous Electrodes in Li-ion Batteries by Employing Reference Electrode, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202406054, https://doi.org/10.1002/anie.202406054


02

固態(tài)電池三電極

-SOLID STATE BATTERIES-
固態(tài)電池三電極優(yōu)勢(shì)


  • 區(qū)分正負(fù)極貢獻(xiàn)

  • 精確分析每一極動(dòng)力學(xué)

  • 物理區(qū)分正負(fù)極的阻抗

  • 負(fù)極較高的過電勢(shì)影響正極

  • 正極對(duì)容量貢獻(xiàn)超過33% 

  • ......



參考文獻(xiàn)


Miniaturization of Reference Electrodes for Solid State Lithium-Ion Batteries, J. Electrochem. Soc. 170 040519, DOI 10.1149/1945-7111/accb6f


03

鈉離子電池三電極

-SODIUM-ION BATTERIES-
鈉電三電極優(yōu)勢(shì)


  • 分離充放電過程中正負(fù)極的貢獻(xiàn)

  • 負(fù)極受阻塞電容控制

  • 正極電解液界面電荷轉(zhuǎn)移阻抗較大

  • ......



參考文獻(xiàn)


Use of Three-Terminal Impedance Spectroscopy to Characterize Sodium-Ion Batteries at Various Stages of Cycle Life, J. Electrochem. Soc. 171 010528DOI 10.1149/1945-7111/ad1c0f


04

鉀離子電池三電極

-POTASSIUM ION BATTERIES-
鉀離子電池三電極優(yōu)勢(shì)


  • 三電極降低了K/K+極化引起的電壓波動(dòng)

  • 有助于表征鉀離子的插入特性

  • ......



參考文獻(xiàn)


Potassium Metal as Reliable Reference Electrodes of Non-Aqueous Potassium Cells, J. Phys. Chem. Lett., DOI:10.1021/acs.jpclett.9b00711


05

超級(jí)電容器三電極

-SUPER CAPACITORS-

超級(jí)電容器三電極優(yōu)勢(shì)


  • 循環(huán)伏安曲線中體現(xiàn)正負(fù)極的貢獻(xiàn)

  • 每一極對(duì)動(dòng)電位掃描的影響



參考文獻(xiàn)


Comprehensive potentiodynamic analysis of electrodes performance in hybrid capacitors, Electrochemistry Communications,  147,  2023, 107436 https://doi.org/10.1016/j.elecom.2023.107436


06

Li-S電池三電極

-LI-S BATTERIES-
鋰硫電池三電極優(yōu)勢(shì)


  • 電化學(xué)反應(yīng)過程研究

  • 正負(fù)極的擴(kuò)散阻抗系數(shù)計(jì)算



參考文獻(xiàn)


Towards reliable three-electrode cells for lithium–sulfur batteries, Chem. Commun., 2022, 58, 705, DOI: 10.1039/d1cc04553a


07

液流電池三電極

-FLOW CELL-
液流電池三電極優(yōu)勢(shì)


  • 新型Pt參比電極超高穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

  • 解耦電壓，過電勢(shì)和極化曲線中每個(gè)電極的貢獻(xiàn)

  • 探索全釩液流電池衰減機(jī)理和可靠性



參考文獻(xiàn)


An ultra-stable reference electrode for scaled allvanadium redox flow batteries RSC Adv., 2022, 12, 32173 , DOI: https://doi.org/10.1039/d2ra05781f


08

PEM電解水三電極

-PEMWE-

PEMWE三電極優(yōu)勢(shì)


  • 可用于半定量分析電解槽的陽(yáng)極和陰極電壓

  • Pt參比電極足夠穩(wěn)定，可以做為準(zhǔn)參比電極記錄無(wú)假象的陽(yáng)極阻抗譜

  • 陽(yáng)極的質(zhì)子傳導(dǎo)阻抗和電容以及陽(yáng)極和多孔傳輸層界面的阻抗都可以被量化

  • 觀察到陽(yáng)極的累積而非陽(yáng)離子污染而導(dǎo)致性能下降



參考文獻(xiàn)


A Platinum Micro-Reference Electrode for Impedance Measurements in a PEM Water Electrolysis Cell,  J. Electrochem. Soc. 168 114511, [DOI: 10.1149/ 1945-7111/ac3717


09

PEM-電解水三電極

-PEMWE-
參比電極加入優(yōu)勢(shì)


  • 研究運(yùn)行狀態(tài)下的催化劑衰減

  • 可分離電解水反應(yīng)的陰陽(yáng)極的貢獻(xiàn)

  • 停機(jī)狀態(tài)時(shí)，陰極貢獻(xiàn)相對(duì)陽(yáng)極更大

  • 本文首次利用氫欠電位循環(huán)伏安法原位測(cè)量了功率循環(huán)引起的鉑陰極電化學(xué)表面積的變化

  • Pt催化劑的衰減對(duì)電解槽影響更大，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為Ir/Ru 陽(yáng)極對(duì)性能占主導(dǎo)



參考文獻(xiàn)


Electrochemistry Communications, 52,2015, 1-4, https://doi.org/10.1016/j.elecom.2015.01.005


10

AEM-電解水三電極

-ANION EXCHANGE MEMBRANCE-
AEM三電極優(yōu)勢(shì)


  • 不銹鋼氣體擴(kuò)散層(GDL)的纖維直徑如何僅影響陽(yáng)極的性能

  • 改變陰極GDL的厚度同時(shí)影響陽(yáng)極和陰極的性能

  • 由于機(jī)械壓縮引起的內(nèi)部壓力的變化


這一發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的兩電極測(cè)量中是模糊不清的！?。?/span>



參考文獻(xiàn)


Integrated Reference Electrodes in Anion-Exchange-Membrane Electrolyzers: Impact of Stainless-Steel Gas-Diffusion Layers and Internal Mechanical Pressure, ACS Energy Lett. 2021, 6, 2, 305–312, https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02338


11

雙極膜電解水三電極

-BIPOLAR MEMBRANESWE-


雙極膜三電極優(yōu)勢(shì)


  • 膜兩側(cè)不同的pH值

  • 水分解的解離速度，鹽離子的擴(kuò)散和遷移過程與交流阻抗之間的關(guān)聯(lián)性



參考文獻(xiàn)


Electrochemical impedance spectroscopy as a 2 performance indicator of water dissociation in 3 bipolar membranes，J. Mater. Chem. A, 2019,7, 19060-19069, DOI https://doi.org/10.1039/C9TA04592A

雖然三電極測(cè)試技術(shù)顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，但其在實(shí)際操作過程中面臨非常多的影響因素，使用時(shí)需要非常謹(jǐn)慎，比如參比電極的材質(zhì)，大小，形狀，個(gè)數(shù)，位置和測(cè)量設(shè)備等都會(huì)極大的影響獲得可靠的三電極測(cè)量結(jié)果！！




同步三電極測(cè)試型號(hào)


Energylab XM /Echemlab/Modulab ECS

1470E/1455

9300R/SA

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01

能源材料研究


各類型金屬離子電池，燃料電池，超級(jí)電容器，鋰硫電池，金屬空氣電池，太陽(yáng)能電池等界面反應(yīng)，效率，容量，充放電倍率，循環(huán)壽命，失效機(jī)制，安全性，一致性，電池管理等方面研究，以及動(dòng)力電池全生命周期快速分級(jí)梯次利用評(píng)估

02

電化學(xué)腐蝕研究


如金屬、合金、涂層等復(fù)合材料等在大氣，溶液，土壤和混泥土等特定環(huán)境中的宏觀及微觀腐蝕速率、耐腐蝕行為和老化失效等機(jī)理分析

03

光-電催化研究


如光電解水制氫、二氧化碳還原等催化反應(yīng)過程中，多相界面的電子轉(zhuǎn)移速率，過電勢(shì)，電化學(xué)活性面積，轉(zhuǎn)換效率和失活狀態(tài)等表征

04

材料電特性研究


如導(dǎo)電陶瓷，介電聚合物，質(zhì)子導(dǎo)體，有機(jī)半導(dǎo)體OLED等材料的質(zhì)子電導(dǎo)率，介電常數(shù)，介電損耗，電子能級(jí)分布軌道(HOMO和LOMO)，載流子濃度和態(tài)密度分布(DoS)等參數(shù)測(cè)定

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