原位局部電化學阻抗譜LIES在鋰電池的應用

這篇發表於《ChemSusChem》的研究論文，利用具有空間解析度量測電化學阻抗的方法LEIS(Local Electrochemical Impedance Spectroscopy)深入探討了鋰離子電池中隔離膜（separator）內部液相質量傳輸的不均勻性問題，並揭示了其對電池性能的影響

液相傳質是影響電池穩定性的關鍵因素。尤其是在隔膜中的液相傳質過程機制依然不夠清晰，在電池運行條件下內部狀態受多場影響。隔膜的液相傳質過程依賴於隔膜的微觀結構和電解質的物理化學特性。因此，開發原位的LEIS 技術研究鋰離子電池中的局部非均相傳質過程。隔膜的微觀結構嚴重影響傳質過程，降低孔隙率會增加過電勢。隔膜的各類物理參數已經建立，如孔隙率，扭曲度和膜厚等參數，導致極化峰值出現。液相傳質阻抗大小與電解質粘度正相關。高粘度時離子遷移受到阻擋。極化與電化學性能相關，因此建立相結構，電池性能和非均相傳質示意圖來指導電池設計。本研究提供了開發高穩定性鋰離子電池的基礎。

Fig 1 液相傳質
a)傳質過程與隔膜的微結構和電解質的粘度相關
b)原位LEIS用於研究鋰離子電池局部非均相傳質過程

Fig 2 隔膜及凝膠電解質的LEIS 結果

研究亮點

• 建立了傳質模型闡釋隔膜結構和電解質性能的相互作用
• 結果顯示隔膜的孔隙率極大影響傳質過程，實驗及模擬表明導致過電勢增加
• 電解質粘度嚴重制約離子移動，粘度升高導致極化增大
• 原位LEIS技術有效研究了複雜的非均相傳質過程
• LEIS 結果顯示隔膜阻抗隨載壓升高而增大後維持穩定
• 隔膜結構變化與電池阻抗的關係
• 高粘度電解質降低離子傳輸效率增加了電極的過電勢
• 優化匹配電解質和隔膜的物理性質增強傳質效率
• 為開發高性能電池奠定基礎  

為了實現如上所述的高解析度局部電化學分析，您需要的是一套真正靈活、可靠且功能強大的量測平台。AMETEK VersaSCAN 電化學掃描系統正是您進行 LEIS、SVET、SKP、SECM 等技術的首選工具。

VersaSCAN 核心特點包括：

• 可搭載多種電化學探頭模組，模組化設計應對各式應用需求
• 空間解析度可達微米等級，實現真正「看得見」的局部反應行為
• 獨特軟體高度整合，操作直觀，資料分析精確
• 支援原位環境控制（溫度、氣氛等）與多種樣品形貌
• 無論您致力於研究鋰離子電池、燃料電池、腐蝕、電鍍或功能性膜材，VersaSCAN 都能為您提供前所未有的視角與數據深度，推動您的材料研究邁向新高度。

VersaSCAN 微區掃瞄式電化學應用

• 金屬合金塗層等點蝕，電偶腐蝕等機理研究
• 金屬離子電池材料脫嵌，溶解，氧析出，SEI，析鋰等監測
• 電催化HER, OER，ORR, HOR，CO2RR等活性分佈成像
• 單顆粒動力學研究

免責聲明
本網所發佈的內容(含圖片，資料，文字等)來源於文章原創作者或者互聯網轉載等，目的在於傳遞更多應用資訊用於分享，參考和交流等。原文章版權，資料，圖片等歸原作者或出版機構所有，本網僅對原文部分內容作了有限解讀和整理，不負有任何法律審查義務，也不承擔任何法律責任。如對原文內容有任何疑問，請聯繫原創作者或相應出版機構。

立即聯絡我們，了解 VersaSCAN 如何成為您實驗室的關鍵利器！