能源器件的三电极测试集锦

随着能源电化学研究的不断深入，传统的两电极(正负极，或阴阳极)已经无法满足对于能源器件内在反应机理，正负极的贡献，阴阳极的失效程度，内部组份变化的诊断与分析等，因此能源器件的同步三电极测试显示出巨大的优势。

锂离子电池三电极

锂电三电极优势

• 正负极对性能贡献

• 正负极对老化的影响

• 电池失效分析

• 负极析锂监测

• SEI界面演化

• 添加剂影响

• 电荷转移阻抗对快充影响

• 多孔电极阻抗研究

参考文献

1. Critical Review of the Use of Reference Electrodes inLi-Ion Batteries: A Diagnostic Perspective, Batteries 2019, 5, 12; doi:10.3390/batteries5010012

2. Unlocking Charge Transfer Limitations for Extreme Fast Charging of Li-Ion Batteries,

Angew. Chem. Int. Ed, DOI: 10.1002/anie.202214828 

3. Revisiting the Electrochemical Impedance Spectroscopy of Porous Electrodes in Li-ion Batteries by Employing Reference Electrode, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202406054, https://doi.org/10.1002/anie.202406054

固态电池三电极

固态电池三电极优势

• 区分正负极贡献

• 精确分析每一极动力学

• 物理区分正负极的阻抗

• 负极较高的过电势影响正极

• 正极对容量贡献超过33% 

• ......

参考文献

Miniaturization of Reference Electrodes for Solid State Lithium-Ion Batteries, J. Electrochem. Soc. 170 040519, DOI 10.1149/1945-7111/accb6f

钠离子电池三电极

钠电三电极优势

• 分离充放电过程中正负极的贡献

• 负极受阻塞电容控制

• 正极电解液界面电荷转移阻抗较大

• ......

参考文献

Use of Three-Terminal Impedance Spectroscopy to Characterize Sodium-Ion Batteries at Various Stages of Cycle Life, J. Electrochem. Soc. 171 010528DOI 10.1149/1945-7111/ad1c0f

钾离子电池三电极

钾离子电池三电极优势

• 三电极降低了K/K+极化引起的电压波动

• 有助于表征钾离子的插入特性

• .......

参考文献

Potassium Metal as Reliable Reference Electrodes of Non-Aqueous Potassium Cells, J. Phys. Chem. Lett., DOI:10.1021/acs.jpclett.9b00711

超级电容器三电极

超级电容器三电极优势

• 循环伏安曲线中体现正负极的贡献

• 每一极对动电位扫描的影响

参考文献

Comprehensive potentiodynamic analysis of electrodes performance in hybrid capacitors, Electrochemistry Communications,  147,  2023, 107436 https://doi.org/10.1016/j.elecom.2023.107436

Li-S电池三电极

锂硫电池三电极优势

• 电化学反应过程研究

• 正负极的扩散阻抗系数计算

参考文献

Towards reliable three-electrode cells for lithium–sulfur batteries, Chem. Commun., 2022, 58, 705, DOI: 10.1039/d1cc04553a

液流电池三电极

液流电池三电极优势

• 新型Pt参比电极超高稳定性监测

• 解耦电压，过电势和极化曲线中每个电极的贡献

• 探索全钒液流电池衰减机理和可靠性

参考文献

An ultra-stable reference electrode for scaled allvanadium redox flow batteries RSC Adv., 2022, 12, 32173 , DOI: https://doi.org/10.1039/d2ra05781f

PEM电解水三电极

PEMWE三电极优势

• 可用于半定量分析电解槽的阳极和阴极电压

• Pt参比电极足够稳定，可以做为准参比电极记录无假象的阳极阻抗谱

• 阳极的质子传导阻抗和电容以及阳极和多孔传输层界面的阻抗都可以被量化

• 观察到阳极的累积而非阳离子污染而导致性能下降

参考文献

A Platinum Micro-Reference Electrode for Impedance Measurements in a PEM Water Electrolysis Cell,  J. Electrochem. Soc. 168 114511, [DOI: 10.1149/ 1945-7111/ac3717

AEM-电解水三电极

AEM三电极优势

• 不锈钢气体扩散层(GDL)的纤维直径如何仅影响阳极的性能

• 改变阴极GDL的厚度同时影响阳极和阴极的性能

• 由于机械压缩引起的内部压力的变化

这一发现在传统的两电极测量中是模糊不清的！！！

参考文献

Integrated Reference Electrodes in Anion-Exchange-Membrane Electrolyzers: Impact of Stainless-Steel Gas-Diffusion Layers and Internal Mechanical Pressure, ACS Energy Lett. 2021, 6, 2, 305–312, https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02338

双极膜电解水三电极

双极膜三电极优势

• 膜两侧不同的pH值

• 水分解的解离速度，盐离子的扩散和迁移过程与交流阻抗之间的关联性

参考文献

Electrochemical impedance spectroscopy as a 2 performance indicator of water dissociation in 3 bipolar membranes，J. Mater. Chem. A, 2019,7, 19060-19069, DOI https://doi.org/10.1039/C9TA04592A

虽然三电极测试技术显示出强大的优势，但其在实际操作过程中面临非常多的影响因素，使用时需要非常谨慎，比如参比电极的材质，大小，形状，个数，位置和测量设备等都会极大的影响获得可靠的三电极测量结果！！