應用電化學的案例
電化學氧氣傳感器在煤礦行業的應用
礦井開采是一項涉及多方面的綜合性工程，它不僅包括公共交通、礦山、通風等，還包括企業管理、爆破、機械、生態環境保護等諸多內容。與其他行業相比，其自身存在許多不安全因素，無論是工作本身還是工作場所都存在危險。
礦井是一個封閉、無風、密閉的空間環境，這對礦工的健康和安全提出了很高的要求。井下氧氣濃度是一項重要指標，對礦工和井下作業至關重要。氧氣是人類賴以生存的氣體，礦山井下的工人必須有足夠的氧氣進行生產活動。《金屬礦山安全規程》規定，井下作業環境含氧量不應低于20%，井下作業人員需新風量為4m3/分鐘，當井下工作面含氧量低于20%時，禁止工人作業。
對于煤礦行業企業，他們為了保護生產人員的生命健康，都是在煤礦開采過程中，在采礦區、主巷道或通風巷道中安裝氧氣報警器，以監測O2（氧氣）氣體的濃度。氧氣報警器如下圖所示。
氧氣報警器中的傳感器都使用氧氣傳感器，而Alphasense公司研發的氧氣傳感器由于具有線性度好，靈敏度高等特點，在市場廣受歡迎。由深圳市新世聯科技有限公司代理的 Alphasense 公司氧氣傳感器(O2-A2)是市場上熱銷的氣體傳感器之一，氧氣傳感器(02-A2)主要用于測量環境中氧氣氣體濃度，根據測量范圍的不同和工作壽命的長短，氧氣傳感器有多個型號，比如:長壽命氧氣傳感器(O2-A3)、氧氣傳感器(02-A2)、氧氣傳感器02-A1(1年壽命)、氧氣傳感器02.G2(小尺寸)、氧氣傳感器O2-C2、氧氣傳感器O2-C3 等。
氧氣傳感器(02-A2)主要特性:
(1)氧氣傳感器測量范圍:0-30%VOL
(2)工作壽命:>24 個月（達到初始信號的85%時的月數）
(3)尺寸(mm):Ф20.3x16.8mm
(4)輸出:80-120μA （@ 22°C,
展開 電化學儲能電站火災的防控中CO傳感器的應用
電化學儲能產業具有廣闊前景，但在熱失控時，可能引發火災甚至爆炸，并產生有毒氣體，造成經濟損失和人員傷亡。工采網小編為大家介紹電化學儲能電站火災事故的特點及危害，并提出防控手段。
近年來，化石能源的日益枯竭和其所帶來的溫室效應，使得人們逐漸摒棄傳統能源。越來越多的新能源，例如太陽能、氫能、風能等，開始接入電力系統。其中，鋰離子電池由于其具有循環壽命長、工作電壓高、能量密度高、自放電小等優點，成為電化學儲能的主力。根據《國家發展改革委 國家能源局關于加快推動新型儲能發展的指導意見》（發改能源規〔2021〕1051號），到2025年，新型儲能裝機規模將達3000萬千瓦以上，因此，電化學儲能產業前景廣闊。
然而，鋰離子電池在過熱、過充放電和短路等濫用情況下，會發生熱失控。熱失控時，電池內部發生劇烈的放熱反應，產生大量的熱量和有毒可燃氣體，并有可能引發火災甚至爆炸。同時，有毒氣體也會對人們的生命安全造成威脅，進而造成大量的經濟損失和人員傷亡。因此，為了防止電化學儲能電站火災事故的發生，需要有效的防控手段。
電化學儲能電站火災特點及危害
1.電池升溫快 溫度高
電池在濫用條件下，電池溫度逐漸升高，電池內部材料，如正負極材料、電解液相繼發生反應。這些放熱反應產生的熱量在電池內部慢慢積聚，使得電池溫度進一步升高，同時也促進了后續放熱反應的發生。
當電池溫度達到熱失控臨界溫度時，電池發生熱失控，在短時間內產生大量的熱量，電池溫度驟升。從圖1可以看出， 電池表面溫度在熱失控時迅速從130℃上升至522℃。由于放熱反應發生在電池內部，因此電池內部溫度更高，可以達到800～900℃，甚至1000℃。
2.伴隨猛烈射流火 燃燒劇烈
儲能電站常用的電池類型主要為方形硬殼電池，此類電池往往配置有安全閥，來避免因壓力過大發生爆炸。
展開 直播預告 | Digimat電池電化學仿真分析功能與應用
精彩直播預告
電池是消費電子、新能源汽車等領域的核心動力來源，其性能的基礎設計、評估與優化涉及機械設計、電化學計算等多學科領域。目前，上述研發過程仍高度依賴工程經驗與數據積累，阻礙電池領域研發效率的提升。
為解決業界高效評估電池性能的難題，海克斯康復合材料多尺度分析平臺Digimat提供了電池電化學分析專用集成解決方案。該方案通過專用電池電化學評估模塊，實現Cell級電學性能評估及SOC/C-rate等關鍵參數快速分析，從而為電池組分與結構的優化設計提供依據。
本期直播講堂請到了海克斯康復合材料結構分析專家龔慧靈，在直播間中講師將圍繞Digimat功能框架，以及Digimat-FE在電池電化學分析的新功能等話題，深入講解Digimat電池電化學仿真分析的創新應用。敬請關注！
直播報名
7月30日 14:00
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直播內容聚焦
? 參數化、流程化的生成單電池結構的細節RVE模型
? 完成Cell級別電池的宏觀電學性能評估
? 快速實現SOC、C-rate等性能的計算分析
龔慧靈
海克斯康復合材料結構分析專家
負責Digimat的技術支持工作，在復合材料結構分析領域工程經驗豐富，支持及參與的項目涵蓋：復合材料結構失效分析、CFRP結構固化回彈評估、注塑件沖擊失效、NVH分析等。
展開 電化學傳感器在石油化工煤礦等工業領域中的應用
英國Alphasense磷化氫傳感器 - PH3-B1
磷化氫傳感器- PH3-B1電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，可以過濾灰塵和小水滴，低濃度輸出線性好，穩定性好，抗CL2、H2、CO2、NH3的干擾等優點，量程為0~10ppm,工作環境為-30~50℃，15~90%RH,分辨率為0.03ppm，主要用在固定式PH3報警器，化工，糧倉等工業領域。
英國Alphasense氰化氫傳感器 - HCN-B1
氰化氫傳感器- HCN-B1電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，可以過濾灰塵和小水滴，低濃度輸出線性好，穩定性好，抗CO、H2、C2H4、CO2的干擾等優點，量程為0~100ppm,工作環境為-30~50℃，15~90%RH,分辨率為0.05ppm，主要用在固定式HCN報警器，化工等工業領域。
英國Alphasense四電極電化學氨氣傳感器傳感器 - NH3-B1
四電極電化學氨氣傳感器- NH3-B1電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，可以過濾灰塵和小水滴，低濃度輸出線性好，穩定性好等優點，量程為0~100ppm,工作環境為-30~50℃，15~90%RH,分辨率為0.3ppm，主要用在氨氣氣體變送器，各種氨氣檢測場合，化工等工業領域。
展開 
電化學氫氣傳感器在電力行業的應用
在現代化的電力行業中，電化學氫氣傳感器具有廣泛的應用前景，所以在很多行業都起著很大的作用，例如電力行業，儲能，工業安全領域等。因為氫氣是一種優良的儲能介質，具有高能量密度、快速響應和靈活應用等優點，因此電力行業中大量使用氫氣作為儲能手段，而電化學氫氣傳感器則是實現氫氣安全、高效應用的關鍵技術之一。
隨著新能源技術的發展，氫能作為一項具有低碳、高效、可再生的能源形式，受到了越來越多國家和行業的重視與推廣。在電力行業中，氫燃料電池技術是一種只有水和電能作為副產品的新型能源解決方案，其效率高、清潔環保，是未來電力生產的重要發展方向之一，有著巨大的潛力和開發前景。所以，通過電化學氫氣傳感器可以實現對燃料電池工作狀態的有效監控，提高電能輸出效率并避免故障發生。
電化學氫氣傳感器可以用于監測儲能電池組工作過程中產生的氫氣濃度。目前，儲能電池廣泛應用于電力調峰、電網備用等領域，但電池老化、過充過放等問題可能導致氫氣產生并聚集，從而引發爆炸等事故。通過實時監測儲能電池組工作過程中產生的氫氣濃度，可以有效避免安全隱患。同樣，電化學氫氣傳感器還可以用于檢測變壓器等電力設備內部是否存在氫氣泄漏等問題，保障設備運行的安全性。
針對在電力行業中對氫氣的檢測，工采網推薦以下電化學氧氣傳感器使用在檢測氫氣濃度，可以有效的避免氫氣濃度過高而產生對人身以及設備安全的危害。
英國Alphasense氫氣傳感器 - H2-AF
氫氣傳感器H2-AF具有高性能體積小，靈敏度高，選擇性好，低濃度輸出線性好等優點，響應時間為100s，量程為0~2000ppm,工作環境為-30~55℃，15~90%RH,主要用在氫氣氣體變送器，各種氫氣檢測場合。
展開 電化學氣體傳感器在脫硫塔的應用
針對用于煙氣脫硫技術的過程中實時檢測所產生的氣體的濃度值，ISweek工采網推薦以下電化學氣體傳感器用于石灰石/石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術
英國Alphasense二氧化硫傳感器SO2-BF
二氧化硫傳感器SO2-BF電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，可以過濾灰塵和小水滴，低濃度輸出線性好，穩定性好等優點，量程為0~100ppm,工作環境為-30~50℃，15~90%RH,分辨率為0.1ppm，主要用在二氧化硫氣體變送器以及二氧化硫檢測場合，石油，化工等工業領域。
英國Alphasense二氧化氮傳感器NO2-B1
二氧化氮傳感器NO2-B1電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，可以過濾灰塵和小水滴，低濃度輸出線性好，穩定性好，抗CO、CO2、H2的干擾等優點，量程為0~20ppm,工作環境為-20~50℃，15~90%RH,分辨率為0.02ppm，主要用在NO2氣體報警器，檢測大氣中二氧化氮氣體濃度，石油，化工等工業領域。
英國Alphasense一氧化氮傳感器NO-B1
一氧化氮傳感器NO-B1是電化學原理的傳感器，電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，擁有過濾膜，抗煙氣，低濃度輸出線性好等優點，量程為0~250ppm,工作環境為-30~50℃，15~90%RH,分辨率為0.5ppm，主要用在石油化工，環保，煤礦，汽車尾氣檢測，工業有毒氣體檢測等各種一氧化氮檢測場合。
展開 電化學氧氣傳感器PSR-11-917-M2在呼吸機中的應用
疾病流行病學數據來看，慢性呼吸系統疾病（CRDs）已成為全球范圍內的主要健康威脅，據全球疾病負擔（GBD）2021研究的系統性分析顯示，2021年全球慢性呼吸系統疾病患病人數已達4.68億，健康負擔極為沉重；在中國，慢性呼吸疾病患者已超數億，其中許多人需要長期使用呼吸機；從醫療救治體系升級來看，呼吸機已從傳統ICU的“保命設備”向全周期呼吸管理工具延伸。
從全球市場維度來看，貝哲斯咨詢數據顯示，2024年全球呼吸機市場規模已達1019.41億元，預計至2030年將增長至1281.89億元，展現出穩健的增長態勢。中研普華在《2025-2030年中國家用醫療設備行業調查報告》中預測，未來五年家用呼吸機在整體市場中的占比將大幅提高，成為“銀發經濟”與“健康管理”的交叉風口。
技術迭代推動市場競爭格局升級，也對呼吸機核心傳感部件的精度與穩定性提出了更高要求。一款適配性強、性能卓越的氧氣傳感器，能有效降低醫療機構的設備維護成本、提升治療安全性。來自美國AII品牌的PSR-11-817-M2電化學氧氣傳感器，正是針對主流呼吸機型號打造的高可靠性替換方案，契合醫療場景的嚴苛需求。
PSR-11-817-M2傳感器專為醫療設備替換需求設計，可直接適配 CareFusion Avea、Sipap、Flight Medical HT50、Taema Cesar 等多款主流呼吸機，同時兼容 PB 760 和 PB 840 呼吸機的電化學氧傳感器替換場景，無需額外改裝，極大提升了醫療機構的設備維護效率，降低了適配風險。
展開 Digimat 電池電化學仿真分析功能與應用（7月30日直播）
精彩直播預告 下滑提前預約
電池是消費電子、新能源汽車等領域的核心動力來源，其性能的基礎設計、評估與優化涉及機械設計、電化學計算等多學科領域。目前，上述研發過程仍高度依賴工程經驗與數據積累，阻礙電池領域研發效率的提升。
為解決業界高效評估電池性能的難題，海克斯康復合材料多尺度分析平臺Digimat提供了電池電化學分析專用集成解決方案。該方案通過專用電池電化學評估模塊，實現Cell級電學性能評估及SOC/C-rate等關鍵參數快速分析，從而為電池組分與結構的優化設計提供依據。
本期直播講堂請到了海克斯康復合材料結構分析專家龔慧靈，在直播間中講師將圍繞Digimat功能框架，以及Digimat-FE在電池電化學分析的新功能等話題，深入講解Digimat電池電化學仿真分析的創新應用。敬請關注！
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7月30日 14:00
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龔慧靈
海克斯康復合材料結構分析專家
負責Digimat的技術支持工作，在復合材料結構分析領域工程經驗豐富，支持及參與的項目涵蓋：復合材料結構失效分析、CFRP結構固化回彈評估、注塑件沖擊失效、NVH分析等。
●基于Hyperworks和Ls-dyna的電池包擠壓之焊點失效模擬仿真分析（含模型文件、對比分析及相關指導）
●汽車電池熱管理冷卻技術分析（含視頻詳細講解）
展開 Nano Letters：法蘭西公學院應用液體電化學技術在電鏡原位研究Na-O2電池中NaO2形成機
【小結】
該文章采用原位透射電鏡技術原位監測了Na-O2電池的充放電過程，首次報道了Na-O2電池中NaO2的形核-生長機理；證實了電池充電過程中過氧化鈉的溶解機理；并原位觀測到了過氧化鈉表面殼層的形成過程，闡明了電池低充電效率及循環穩定性的機制，為高性能鈉氧電池的設計指明了方向，提供了新的思路，同時推動了原位電化學透射電鏡技術的發展。
文章鏈接：Operando moni toring of the solution-mediated discharge and charge (Nano Lett. 2018, 18 (2), 1280-1289)
作者：魏清清
來源：材料人
展開 《ACS Nano》界面電化學自組裝多維 Ti3C2Tx MXene 架構及水-氣凝膠的應用
MXene IA 薄膜和氣凝膠的 EMI 屏蔽和電化學性能。
【總結】
團隊探索了基于
MXene 納米片在金屬模板基底上的自發氧化還原反應的無添加劑純 MXene 多維架構過程的基本原理。我們的方法有效地提高了 MXene 的電導率，同時保留了固有的親水性，這歸因于在溫和的界面還原時部分去除氧官能團。
由此產生的 MXene 組裝結構不僅可以容易地轉移或保形涂覆在任意形狀的基底表面上，并具有選擇性的精確位置，而且還可以與具有不同幾何尺寸的其他功能性低維納米材料混合。
具有所需架構的表面改性 MXene 為實際應用提供了卓越的性能，包括有效的 EMI 屏蔽膜和具有高電容和倍率能力的超級
電容器電極。這項工作為基于
MXene 的功能結構的表面改性和形狀工程向現實世界的應用提供了寶貴的見解。
參考文獻
：
doi.org/10.1021/acsnano.1c01727
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。如有侵權或引文不當請聯系作者修正。投稿，薦稿或合作新聞請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
【往期回顧】
【
1
】
《Science Advances》康奈爾大學馬明林：可細胞遞送的水凝膠反向呼吸封裝系統
【2
】《大分子》浙大吳子良/鄭強/杜淼，華工孫桃林：氫鍵締合介導的韌性超分子水凝膠的動力學和粘彈性
【3
】
臺灣大學徐善慧《材料化學》分層膠束結構和快速粘合性的可注射酚醛-殼聚糖自修復水凝膠
【4
】
《AFM》北化劉惠玉/郭新東：NIR激光觸發的微針液體創可貼，用于傷口護理
展開 蘇大遲力峰教授和美國西北大學Facchetti、Marks教授合作AM：在電化學晶體管領域取得進展
有機聚合物電化學晶體管(OECT)因其高跨導、低驅動電壓、水溶液環境兼容的特點在生物/柔性電子學領域展現出廣泛的應用前景。有機電化學晶體管通過引入電解質層取代傳統的絕緣層，利用離子摻雜活性層薄膜實現對有機半導體薄膜載流子濃度的調控，從而可以在較低驅動電壓下獲得較高電流。然而高性能的電化學晶體管需要同時平衡氧化還原化學、薄膜中電子輸運以及離子滲透與傳輸。其中離子的滲透和輸運對于目前大部分高遷移率共軛聚合物都是一個主要問題。因為從傳統場效應晶體管開發的聚合物多是疏水的，不利于水溶性溶液中離子的注入，進而限制了其電化學晶體管的性能。
針對高遷移率共軛聚合物較差的離子滲透和遷移能力問題，遲力峰教授課題組與美國西北大學Tobin Marks課題組合作通過自然誘導的溶液呼吸法構筑系列多孔結構活性層以改善共軛聚合物的離子注入能力，提高電化學晶體管的性能。通過系統對比多孔和致密薄膜的器件性能、電容和開關速率等性質，發現基于多孔結構的疏水性DPPDTT和P3HT薄膜， 可獲得相比均勻致密薄膜更高的跨導和更快的開啟速率。此外，多孔形態同樣可提高親水性聚合物的摻雜程度而得到更高性能的電化學晶體管。圖1和2分別給出了系列聚合物的多孔薄膜形態、結構及其電化學器件性能。
圖1. 本研究用的聚合物分子結構及其多孔結構的SEM、AFM圖 b,e) DPPDTT; c,f) P3HT, d,g) Pg2T-T.
圖2. 基于均勻致密和多孔聚合物薄膜的電化學晶體管器件結構和器件性能對比圖。
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Sci.》綜述：有機/無機雜化纖維設計及電化學能源應用
OIHFs的可控結構和關鍵要素
文章最后探討了OIHFs在電化學儲能和催化領域的一些發展思路：
1）迄今為止，靜電紡絲仍然是合成 OIHFs 最常用的方法。然而，靜電紡絲在實現有機和無機組分的受控分布方面仍然存在局限性。未來的研究應側重于在分子水平上精確控制有機/無機組分的比例和空間位置。此外，盡管已經開發了許多界面改性方法來賦予 OIHFs 各種界面特性，但無機組分與纖維基質之間的界面相互作用通常是弱范德華力或靜電相互作用。應探索新的合成策略，通過強界面相互作用（如共價鍵）將無機組分和有機纖維結合起來。
2）對于可充電電池的電極材料，活性材料和纖維基質之間的合理空隙空間對于適應電化學反應過程中的結構應力是必要的。通過合理協調空隙空間和體積能量密度可以實現高容量和長循環壽命。對于電催化反應，構建具有高比表面積的電極材料以充分暴露活性位點有利于提高電催化活性。
3）對于電化學能源應用，仍需探索簡單且通用的合成方法。設計合成不含添加劑的獨立電極以確保催化劑和載體之間的良好電接觸將成為未來研究的重點。
論文第一作者為東華大學材料科學與工程學院博士生張方舟，通訊作者為伍倫貢大學Jun Chen教授、東華大學楊建平教授、朱美芳院士。上述工作得到了國家重點研發計劃、上海市科委、中央高校基本科研業務費專項資金等基金的資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102859
展開 電化學儲能電站模型實測及仿真分析
摘 要：為拓寬電化學儲能參與電網 調節應用范圍，充分利用有功、無功調節靈活、響應速度快等優點，建立電網仿真分析應用模型，為電化學儲能參與電網 調峰、調頻、調壓、暫態無功支撐等多場景提供分析依據。開展電化學儲能電站機電仿真模型實測方法研究，基于響應特性匹配的參數辨識方法及現場實測特性，建立湖南省內某儲能站的仿真分析模型，分析電化學儲能在改善湖南電網暫態電壓特性方面的作用，具有一定的工程應用價值。
關鍵詞：儲能電站;機電仿真;現場實測;響應指標;參數辨識;
0 引言
規模化儲能為應對“新型電力系統”架構下，高比例新能源接入帶來的出力間歇性、波動性問題提供了新的解決方案，其中電化學儲能具備良好的四象限有功、無功輸出能力及快速響應特性，在參與電網電力電量平衡之外，還可用于調頻、調壓及暫態無功支撐，為電網優化控制及穩定運行提供豐富的調控手段。因此，電化學儲能技術在客戶側節能、電網側調控等領域已得到廣泛應用，成為目前儲能產業研發創新的重點領域和主要增長點。電化學儲能應用于電網 調度優化控制的前提是需要準確評估接入電網的調節特性，因此對于電化學儲能建模及模型參數實測需求也越來越高。
目前國內外有關電化學儲能電站的建模尚處于起步階段，根據研究問題不同，既有采取簡化等值模型的，也有基于功率轉換系統(power convert system, PCS)進行詳細建模的。但系統性研究儲能電站模型的文獻較少，特別是針對接入大電網分析的機電暫態模型的研究尚未形成體系[1,2,3,4,5]。文獻[6]運用戴維南定理和模擬受控電流源這兩種方法對大容量儲能電站進行等值仿真建模，并在實際系統中對儲能電站接入后的并網運行特性進行研究，發現儲能電站在三相、單相短路故障中表現出的暫態特性與傳統交流系統均有所區別。
展開 連我這種電化學小白都能發SCI！
鋰離子電池電化學-熱耦合模型
3.1 P2D 電化學模型與電池熱模型耦合
3.2 鋰離子電池集總參數模型及其與電池熱模型耦合
3.3 兩種電池電化學-熱耦合模型的區別及應用場景
3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)
第二天
下午
4.
電化學儲能基本問題綜述
借助于目前對電極材料微觀結構的調控手段以及先進的結構表征和理論模擬手段，有望將過去廣泛研究和應用的一次電池二次化。例如，把SOCl2、SO2、MnO2、FeS2、CrOx甚至(CFx)n，發展成為可充放鋰電池的正極。目前，公開報道的結果相對于現有鋰離子電池，可逆性較差或不可逆，尚需大量深入的研究。除了一次電池二次化的研究，通過理論計算，實際上存在著多種新的材料體系組合。但需要特別強調的是，只有綜合技術指標優異，能夠滿足具體需求的電化學體系最后才能夠獲得應用，這也是理論上存在著大量的電化學儲能體系，但實際廣泛使用的種類并不多的主要原因。
電化學儲能器件中的非傳統電化學簡述
各類實際應用的電化學儲能體系與以液相反應為主的傳統電化學體系，既有相似性又有一定的區別。其發展過程既是傳統電化學理論的應用和實踐，同時也是傳統電化學理論的完善和豐富的過程。文中表5以鋰離子電池體系為例，比較了傳統電化學體系與目前電池體系的區別和聯系。在經典液態電化學體系中，電極是惰性的，不參與電化學反應，是電子的良導體;而在鋰離子電池中，正負兩電極都要參與電極反應，并且電極活性材料不一定是電子的良導體，如LiFePO4、S等，可通過導電添加劑和在電極內形成電子導電網絡傳輸電子。盡管電化學反應的驅動力相同，但其發生電荷轉移的場所卻不一定相同，在傳統液態電化學體系中，電荷轉移發生在固液界面，而在鋰離子電池中，由于電極本身參與電化學反應，其電荷轉移同時在電極內部和固液界面發生。
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