潘锋/尹祖伟Chem. Soc. Rev.: 电化学石英晶体微天平在电池研究中的应用

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潘锋/尹祖伟Chem. Soc. Rev.: 电化学石英晶体微天平在电池研究中的应用
了解电池（如锂离子、钠离子、Li-O2电池等）运行过程中的电极本身和界面行为对于性能的持续改进具有重要意义。
电化学石英晶体微天平 (EQCM) 是实现这一目标的有力工具，因为它可以原位研究各种现象，包括电极内的离子插入/脱嵌、电解液中的固体成核、界面形成/演化和固液配位。因此，EQCM 是研究电池电化学现象和机理的有力工具。
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在此，北京大学新材料学院潘锋教授、尹祖伟等人总结了通过 EQCM 技术实现的电池研究的最新进展。作者首先回顾了常用表征技术的现状和EQCM 的基础知识，包括独特的能力、背景（如操作的理论和原理、历史概述等）、对电池研究的益处，以及与其他原位技术（例如，XRD、AFM、微分电化学质谱 (DEMS)等）的组合。
此外，还进一步回顾了最近应用EQCM（重量及其他）来研究电极和电解质中的现象以及界面反应机制的工作。
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图1. 用于研究可充电电池的典型EQCM实验装置
具体而言，电极和电解质中的现象包括电极中的离子（脱）插入行为（例如，电荷存储机制，电极结构演变和电化学离子交换合成等）和源自电解液的成核（例如，离子电沉积碱金属负极上的成核、金属-O2电池正极上的成核等）。
界面反应包括固体电解质界面（SEI）的形成/演化（例如，在惰性电极和活性电池电极上）和固液配位。最后，作者给出了关于EQCM未来在电池研究中的应用的展望，尽管 EQCM 具有非凡的优势，但 EQCM 存在不能提供直接的结构和化学成分信息的局限性。
此外，迄今为止大多数研究人员仅将 EQCM 用作固/液系统中的重量测量工具。这篇综述将为研究人员在进一步的现象和机制分析以及开发下一代电池方面激发新的思路。
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图2. EQCM 技术发展历史概览
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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