Small Methods: 真空抽滤转移技术助力EQCM揭示更准确的电化学储能机理

超级电容器(SCs)以其优异的功率密度和超长的循环寿命而成为最具吸引力的电化学存储器件之一。近几十年来,各种性能优异的新型电极材料不断涌现,为了构建性能更加卓越的SCs,研究这些电极材料在分子水平上的电荷存储机制尤为重要。电化学石英晶体微天平(EQCM)依靠其纳克级的质量灵敏度和多谐波参数对粘弹性的超灵敏响应,已开始应用于SCs的储能机制研究。相比于其他的原位测试手段,EQCM不需要外加的辐射源或监测探针,因此也更容易实现对不同储能体系的原位监测。但如果EQCM传感器上的活性物质薄膜涂覆不均匀就会造成质量计算的偏差,也会影响实际的粘弹性效应的评估。EQCM对样品的负载有着严格的要求,但目前的涂覆方法无法保证EQCM测量的准确性和重复性。因此,开发一种具有普适性的微量、均匀的晶体片涂覆方法具有重要的现实意义。

近期,中国科学院兰州化学物理研究所阎兴斌课题组提出了一种真空抽滤-转移(VFT)技术,它可以精确地控制测试样品在石英晶体电极上的涂覆质量(10-6 g),实现超薄均匀的样品负载。文章中以多种一维、二维和三维活性材料为研究对象,分别用质量型EQCM和耗散型EQCM-D进行了测试,分别详细阐述了各种活性材料的储能机理。实验结果表明,相比于喷雾法,VFT能够获得较高的信噪比,并且可以保证EQCM结果的准确性和重复性。由于VFT消除了样品不均匀带来的影响,因此可以根据共振宽度的变化快速、准确地判断出活性材料的储能类型。

相关论文以“Vacuum Filtration-and-Transfer Technique Helps Electrochemical Quartz Crystal Microbalance to Reveal Accurate Charge Storage in Supercapacitors”为题在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201900246)上。