为了追求安全、稳定、廉价的储能，新的电池材料正在不断地被探索。在这一探索中，水锌离子电池(azib)正被评估为碱性可充电锌电池的替代品。在这篇文章中，我们描述了一个用户案例QSense EQCM-D利用电化学石英晶体微天平与耗散监测，探索有机电极材料的反应机理，以期为azib的发展提供支持。
azib有几个方面使它们成为碱性可充电电池的有吸引力的替代品。其中一个好处是，与碱性电池相比，它们在接近中性的pH值下工作，这使得树突形成不太可能导致严重的电池故障。此外，由于正极材料不储存质子，电解质的pH值在整个充放电过程中保持不变。
目前正在探索不同的AZIB正极材料。由于储存在正极的离子种类很重要——材料需要能够储存锌离子——电荷储存机制是阴极材料在实际电池应用中可行必须评估的一个方面。
QSense EQCM-D是一种时间分辨的表面敏感技术，用于描述分子在表面和界面上的相互作用和反应，同时通过电化学测量监测电学性质。这些过程可以通过两个参数进行纳米级的灵敏度监测，频率(Δf)和能量耗散(ΔD)多个谐波，即多重谐波EQCM-D，其中频率与表面质量变化有关，耗散与软度或粘弹性表面粘附层。
通过监测质量和粘弹性的变化，该方法可以提供存储在氧化还原活性材料(如电池电极材料)中的离子的定量信息。
在这个案例研究中，1研究人员想要确定哪些离子存储在AZIB正极材料候选材料中，一种醌聚合物，聚(苯醌基硫化物)(PBQS)。
具体来说，我们的目标是回答以下问题:
为了研究PBQS在近中性锌电解质溶液中的电荷存储机制，并解决所提出的问题，QSense EQCM-D分析与原位FTIR相结合，其中本案例研究主要集中在前者方法(更多细节，参见参考文献1)。EQCM-D设置和系统设计的示意图如图1所示。所使用的双电极结构如下所示
图1所示。QSense EQCM-D模块横截面示意图，显示了研究中使用的电极结构和电解质。1
运行多谐EQCM-D测量，Δf和ΔD在两种操作条件下进行监测:
收集的∆f和∆D采用QSense软件对数据进行分析，提取定量质量，如图2所示。
恒流循环的结果如图2所示。观察11个循环的恒流电压分布和EQCM-D响应，如图2A所示f3.-每个周期内的变化是可逆的，除了前两个周期(详细讨论见参考1)。
从恒流循环数据，图2B，作者得出结论，电化学性能是稳定的，这表明没有溶解的电极材料候选，否则典型的有机电极观察到的行为。他们还得出结论，比容量为220 mAh·g，−1这是用PBQS的质量计算的，与硬币电池测量的容量一致。
通过仔细观察一个典型循环的EQCM-D反应，更详细地探索了主要反应机制，作者选择了循环11，图2C。数据表明，PBQS膜在放电过程中质量增加。同时，耗散减小，表明薄膜变硬。该过程是可逆的，在充电过程中，质量减小，薄膜变软。
图2。恒流循环测量结果。A) PBQS在近中性电解质中11次循环的电压分布和EQCM-D响应，B)比容量和库仑效率C)电压，耗散，根据频率数据计算的测量质量，以及Zn2 +根据法拉第定律计算的质量。
在这里提出的研究中，目标是研究醌聚合物PBQS的电荷存储机制，以评估这种材料用于含水锌离子电池(azib)的可能性。醌类化合物已显示出在水性电池中用作正极材料的前景，由于储存在正极的离子种类是电池生存能力的关键，因此必须验证这一点。
采用EQCM-D和FTIR相结合的方法进行分析，其中EQCM-D提供了正极材料在恒电流循环和循环伏安循环过程中质量和粘弹性变化的时间分辨信息。EQCM-D数据表明，电极质量在放电过程中增大，在充电过程中减小。这些信息被用来计算每次电荷转移的质量变化，并揭示了裸锌2 +在电压< 1V时，PBQS聚合物中的阳离子形态是Triflate，而不是水化形态，在电压> 1V时，Triflate阴离子参与了氧化还原反应。
在此基础上，作者得出结论，醌类化合物具有作为水相锌离子电池正极材料的潜力，EQCM-D和FITR是探索有机电极材料反应机理的有力组合。
下载案例研究以了解更多关于用户案例以及QSense EQCM-D如何用于新型电池电极材料的开发
Erik是Biolin Scientific的高级应用科学家。雷竞技苹果版本雷竞技rayapp他在研究项目和创新管理方面具有广泛的科学背景。Erik对表面科学特别感兴趣，并于2013年获得生物科学博士学位，在那里他开发了专注于QCM-D的生物传感应用。
