原位微分電化學(xué)質(zhì)譜儀（Differential Electrochemical Mass Spectrometry，簡稱DEMS）是一種將電化學(xué)反應(yīng)池與質(zhì)譜儀結(jié)合使用的原位電化學(xué)測試方法。它在電位動(dòng)態(tài)掃描過程中，能在毫秒時(shí)間內(nèi)對電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣態(tài)或揮發(fā)性中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析。這一技術(shù)不僅為研究電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理提供了重要工具，還在電池原位測試中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
DEMS的工作原理基于電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物。當(dāng)電極上的反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，會伴隨產(chǎn)生氣體，DEMS技術(shù)通過特殊設(shè)計(jì)的接口，將這些揮發(fā)性產(chǎn)物從疏水透氣的膜接口引入質(zhì)譜儀的真空系統(tǒng)管路中進(jìn)行分析。質(zhì)譜儀通過測量氣體的質(zhì)荷比（m/z）來準(zhǔn)確識別氣體的種類和相對含量，從而實(shí)現(xiàn)對電化學(xué)過程中氣體產(chǎn)物的在線監(jiān)測。
在電池研究領(lǐng)域，DEMS的應(yīng)用尤為廣泛。鋰離子電池作為當(dāng)前主流的儲能器件，其充放電過程中的產(chǎn)氣行為一直是研究的熱點(diǎn)。DEMS能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電池運(yùn)行過程中的氣體產(chǎn)物，為優(yōu)化電池性能和提高安全性提供了數(shù)據(jù)支持。例如，在正極體系中，DEMS常被用于檢測正極表面副產(chǎn)物的存在以及正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過分析不同氣體的產(chǎn)出量和產(chǎn)出時(shí)間，研究人員可以有效判斷材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等信息。
此外，DEMS還可以用于負(fù)極材料的氣體產(chǎn)物分析。負(fù)極材料在電池循環(huán)過程中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，明確這些產(chǎn)物的形成與演化對進(jìn)一步提升負(fù)極材料的電化學(xué)性能至關(guān)重要。DEMS技術(shù)能夠輔助判斷產(chǎn)物形成與演化，為負(fù)極材料的優(yōu)化提供有力支持。
除了鋰離子電池，DEMS還可以應(yīng)用于其他類型的電池，如鋰-氧電池、鋰-二氧化碳電池等。這些電池在充放電過程中涉及氣體的消耗和產(chǎn)生，DEMS能夠?qū)@些過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為研究電池反應(yīng)機(jī)理和性能優(yōu)化提供重要信息。
此外，DEMS還可以與其他原位分析技術(shù)聯(lián)用，如原位X射線衍射（XRD）、原位拉曼光譜等，共同對電池體系進(jìn)行全面分析。這種聯(lián)用技術(shù)能夠提供更豐富的信息，有助于更深入地理解電池的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和性能表現(xiàn)。
綜上所述，原位微分電化學(xué)質(zhì)譜儀作為一種關(guān)鍵的分析工具，在電池研究中發(fā)揮著重要作用。它不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電池運(yùn)行過程中的氣體產(chǎn)物，為優(yōu)化電池性能和提高安全性提供數(shù)據(jù)支持，還能夠與其他原位分析技術(shù)聯(lián)用，共同推動(dòng)電池研究的深入發(fā)展。
更新時(shí)間：2024-10-26
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