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电化学计量与界面过程测量技术的发展与能源材料研究中的应用

一、引言

电化学计量技术通过对电极/电解质界面上的电子转移、离子扩散、表面吸附等过程进行定量测量,在电池、燃料电池、超级电容器等能源材料研究中发挥着关键作用。随着原位电化学测试与AI辅助建模的发展,该技术正在迈向高精度、实时化与智能化。


二、电化学测量的基本原理与发展历程

主要测量技术包括:

循环伏安法(CV):研究电极反应动力学;

恒电流充放电测试(GCD):评估储能性能;

交流阻抗谱(EIS):分析界面电荷传递与扩散过程;

原位X射线吸收谱(XAS)与拉曼联用;

AI辅助模型拟合与参数优化。


三、核心技术与系统组成

1. 电化学工作站

具备多种测试模式与高精度电压/电流控制。

2. 原位测量与环境控制系统

如气体气氛调控、温度控制、压力调节等。

3. 多模态数据融合平台

结合电化学、结构表征与热力学数据进行综合分析。


四、典型应用场景

1. 锂离子电池SEI膜形成过程研究

通过EIS与原位FTIR分析界面稳定性和成分演变。

2. 燃料电池催化剂活性评估

结合CV与旋转圆盘电极(RDE)研究氧还原反应动力学。

3. 超级电容器电荷存储机制分析

利用GCD与EIS评估双电层与赝电容贡献比例。


五、挑战与未来发展趋势

当前面临的问题包括:

界面过程复杂,模型解释难度大;

测量精度受限于仪器稳定性;

多因素耦合导致数据解读困难。

未来发展方向包括:

AI驱动的自动建模与参数识别系统;

原位/在线电化学测量平台建设;

多模态融合数据解析工具开发;

微型化电化学传感器件集成;

标准化测试流程与数据共享机制建立。


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