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

       在線(xiàn)電化學(xué)質(zhì)譜可以準確定量鋰離子電池反應過(guò)程中消耗和生成氣體的量，通過(guò)結合電池反應時(shí)通過(guò)的電量Q，研究鋰離子電池的可逆主反應和不可逆副反應；鋰離子電池發(fā)生副反應時(shí)通常伴隨著(zhù)氣體的產(chǎn)生，如 H₂、CO、CO₂等，所以測定氣體種類(lèi)和含量，并結合電量計算和同位素跟蹤，可以進(jìn)一步明確正、負極材料、電解液或SEI膜在鋰離子電池運行中時(shí)的變化。

圖 1  在線(xiàn)電化學(xué)質(zhì)譜的結構示意圖
 

    在線(xiàn)電化學(xué)質(zhì)譜系統主要包括三大部分：載氣傳輸調節系統、電化學(xué)反應裝置和質(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）對實(shí)驗的干擾，然后進(jìn)入流量控制器。流量控制器對實(shí)驗測定至關(guān)重要，流速太慢容易降低氣相產(chǎn)物的轉移效率，流速太快使得電解液揮發(fā)加劇，所以用戶(hù)可以根據實(shí)驗體系的不同，對流量進(jìn)行調節。閥可以控制載氣的開(kāi)關(guān)。鋰離子電池反應裝置內可形成螺旋梯度氣體流場(chǎng)，使得氣流更加穩定，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電解液，保證數據的準確性。最后，待測氣體進(jìn)入采樣毛細管進(jìn)樣組件，經(jīng)加熱恒溫后進(jìn)入在線(xiàn)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)荷比大小依次抵達檢測器，信號經(jīng)過(guò)放大、記錄得到氣體變化趨勢圖。

圖2鋰氧電池的MSCV圖
 

    由上圖可見(jiàn)，在線(xiàn)電化學(xué)質(zhì)譜可測定鋰氧電池中反應物O₂和副產(chǎn)物CO₂隨電極電位和時(shí)間的變化。在線(xiàn)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)間軸向電勢軸變換而獲得質(zhì)譜伏安圖(Mass Spectrometric Voltammograms，MSCV)，結合電化學(xué)反應循環(huán)伏安，得到相關(guān)反應機理和定量信息。

綜上所述，在線(xiàn)電化學(xué)質(zhì)譜作為一個(gè)非常重要的分析手段，可以對鋰離子電池系統儲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，因此電化學(xué)在線(xiàn)質(zhì)譜技術(shù)對于深入研究鋰離子電池儲能器件中存在的重大科學(xué)問(wèn)題和提高儲能器件的產(chǎn)品質(zhì)量方面展現了廣闊的應用前景。

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