1 原位拉曼光谱
拉曼光谱（Raman Spectroscopy）是一种非破坏性的分析技术，通过测量散射光的频率变化来探测分子的振动模式和旋转模式，从而获得分子结构的信息。在电化学原位拉曼测试中，单色光（可以是圆偏振或线偏振）照射在受电极电位调制的电极表面，激发出拉曼散射信号。通过测量这些信号的频率、强度和偏振性能的变化，科学家可以研究电化学反应机理、界面反应、反应物种类以及中间产物等关键化学信息。
这项技术在电催化领域尤为重要，因为它能够提供催化剂结构和表面状态的详细信息，包括反应过程中吸附在催化剂表面的中间体的化学性质和结合构型。原位拉曼光谱还能实时观测电池电极的反应过程，如电化学析氢、电化学析氧和电化学二氧化碳还原等储能领域的关键反应。其显著优势是能够避免样品在处理和转移过程中可能发生的污染或变化，从而确保数据的准确性和可靠性。
此外，拉曼位移与入射激光的波长或频率无关，使得该技术特别适合于分子结构的定性分析。原位拉曼光谱覆盖400—4000 cm–1的广域波数区间, 一次扫描就可以获取样品表面各相关化合物或分子键的信息。与原位TEM等技术相比, 原位拉曼光谱的样品制备非常简单, 无需对固态电池进行减薄等处理, 仅需将预测材料部分暴露于拉曼激光下进行信号采集, 而且激光对样品的损伤远小于高能聚焦电子束; 但原位拉曼光谱的信号采集速度比原位TEM观测慢, 且数据不如原位TEM的直观。
（可进行充放电实验，采集电极材料原位光谱数据，适配拉曼光谱仪、光学显微镜等装置）
2 原位核磁共振与原位核磁共振成像
原位核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）通过测量核磁共振现象来研究化学反应、固态化学和材料科学等领域的问题。这种技术利用强磁场和高频射频脉冲作用于具有自旋的原子核，使得原子核的能量量子化，并在磁场中发生共振现象。通过对这些现象的测量，可以确定样品自由状态下的核磁矩，从而分析材料的化学成分与结构。
原位核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）则是核磁共振技术的一个扩展，它不仅能够提供化学成分的信息，还能通过成像技术展示材料内部的结构和动态变化。MRI技术通过特定的射频脉冲激发人体内的氢原子核，引起共振并吸收能量，停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率释放能量，通过检测这些信号可以得到内部结构的图像。
在固态电池研究中，原位NMR和原位MRI技术可以用来定性分析电池材料的化学成分与结构，并通过同位素标记跟踪等方法，研究电池充放电过程中的化学变化和离子迁移动态。例如，通过原位NMR技术，研究人员可以实时监测电极材料在充放电过程中的结构与化学成分的变化，深入研究离子迁移动态及电池充放电机理。在锂/钠电池中，常见的核有7Li、6Li、23Na、1H、13C、19F及29Si等，这些核可以提供关于电池材料的详细信息。
此外，原位NMR和MRI技术在分析电极上的固体电解质界面（SEI）中的应用也日益增多，包括SEI成分的识别和通过界面的离子运动的研究。这些技术的发展，包括它们的优势、挑战、应用和原位电池的设计原理，对于提高电池的电化学性能，包括寿命、能量和功率密度，具有重要意义。通过这些技术，研究人员可以更深入地了解电池材料的工作原理和衰退机制，从而为开发更高性能的电池提供科学依据。
