随着储能学科的加快速度进行发展，研究者们迫切希望对影响材料性能的本征因素进行深入研究。然而，传统的非原位研究技术由于没办法实现动态监测，已经越来越难以满足实际需求。近三十年来，众多原位表征技术的发展已经逐步成熟，通过利用特定的仪器设施对相应的反应流程进行原位测试，可以实时获取瞬时反应数据，具有动态、直观、高度灵敏等特点，非常有助于研究人员对化学反应过程、物质作用机理、材料结构与形态变化等进行深入解析。
原位共聚焦拉曼光谱仪的工作原理建立在拉曼光谱上，即依靠物质分子对入射光所产生的散射现象来获取样品表面的材料成分和结构信息。当入射光与物质相互作用时，一部分光子不同于入射光频率发生非弹性散射，即拉曼散射，同时该部分光子提供了分子内部和分子键振动的信息，进而能够给大家提供物质的组成和结构信息。
在能源学科中，一般利用拉曼光谱仪和原位电化学拉曼池进行联用搭建电化学原位共聚焦拉曼光谱仪。其中，拉曼光谱仪由激光源、收集系统、分光系统和检测系统构成。原位电化学拉曼池一般含有工作电极、辅助电极和参比电极以及通气装置。
可用于各类体系的原位拉曼光谱表征，鉴定物质的分子结构、化学成键等各类化学信息，进行定性分析和定量检测。支持原位电化学的截面和正面测试，同时支持固态和液态形式测试，若配置变温原位池，还可进行变温电化学原位拉曼测试。
山东大学的王建军教授团队利用原位拉曼光谱技术对α-Co(OH)2纳米片催化剂在1 M KOH溶液中的析氢反应机制进行了解析，测试根据结果得出析氢反应发生时，Co2+会被还原成金属Co，并同时和OH-结合形成可溶性Co(OH)3-。当在1 M KOH溶液中加入0.1 M MoO42−后，α-Co(OH)2得以被保护，并可同步调控电解质中K+的溶剂鞘环境，有效抑制OH-对α-Co(OH)2的腐蚀[1]。
由于分子能选择性吸收某些波长的红外线，进而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，通过检验测试红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。
原位傅里叶变换红外技术通常以漫反射法为基础，当红外光照射到粗糙的样品表面时会发生反射、吸收、散射和透射，由此产生漫反射信息，将漫反射信息收集并送达至光谱仪检测器可生成漫反射红外光谱。原位傅里叶变换红外光谱仪一般含有漫反射附件、原位池、真空系统、气源、净化与压力装置、加热与温度控制装置和傅里叶变换红外光谱仪。
原位傅里叶变换红外光谱仪可用于测试化学反应过程的中间产物、实时监测不一样的温度下电化学反应过程中的各类材料的红外吸收、解析反应动力学等。此外，原位傅里叶变换红外光谱仪拥有非常良好的密封性，可以通入惰性气体以维持腔体气氛，降低空气中水吸收对红外信号的干扰。该仪器适用于酸性、中性溶液以及pH≤13的碱性测试体系。
厦门大学的孙世刚院士和楼耀尹教授团队对所制备的Cu50Co50催化剂和Cu催化剂的NO3−电化学合成氨过程进行了原位红外光谱测试，根据结果得出，两种催化剂具有类似的NO3−RR行为，但是 Cu的NO3−还原电位为0.1V，比Cu50Co50负100 mV，这在某种程度上预示着Cu50Co50具有更优的反应动力学。此外，仅在Cu50Co50和Co上观察到*H (约2110 cm−1)，而在Cu上没有，表明Cu50Co50上的*H主要来自于Co位点上的水解离[2]。
CT（Computed Tomography）技术，即计算机断层摄影术，通过利用X射线束对一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理。对于材料表征而言，CT成像是根据待测样品内部不同相和成分的密度以及原子系数的不同，对X射线的吸收能力不一样，从而造成成像明暗差别并区分不同组分。
原位CT设备包括X射线发生部分（高压发生器、X线管、冷却系统、准直器和楔形滤过器/板）、X线检测部分（探测器，模数、数模转换器）、机械运动部分（扫描机架、滑环）、计算机部分（主机及阵列处理器）及图像显示和存储部分（监视器、存储器）、原位工作站等。
原位CT在研究电极材料或者电池方面具有巨大应用价值。使用原位CT技术能对电池隔膜、电极材料来质量检查，确认是不是真的存在缺陷和夹杂物，区分活性相和非活性相；此外，还可表征材料空隙结构、跟踪电池老化机制、无损4D原位成像等。
美国加州大学圣地亚哥分校的Jean-Marie Doux和孟颖教授团队首次利用原位CT技术研究了Zn-AgO电池循环过程的集流体气体逸出影响，根据结果得出选择电化学相容的集流体材料对降低电池的OER和HER副反应十分重要[3]。
在电池放电过程中，锂离子在电极活性材料中的嵌入和脱出将引起电池的膨胀收缩。尤其针对下一代负极材料而言，如硅和锂金属，其膨胀现象将更为严重。原位膨胀分析系统能在无损条件下对电池电芯进行膨胀厚度和膨胀力进行同步测量，定量化电池膨胀变化。原位膨胀分析系统一般含有高精度膨胀力/膨胀厚度检测系统、温度调节系统、自动化操作平台、电化学工作站等。
原位膨胀分析系统可在高低温状态下原位分析电芯充放电过程的膨胀行为，评估电芯膨胀特性。该系统适用于多种电芯结构，包括模型扣电、叠片电池、软包电池等，测试温度范围为-40~100℃。
美国加州大学圣地亚哥分校孟颖教授团队使用原位电化学膨胀分析系统对一次锂电池的CFx正极在放电过程中的垂直尺寸变化进行了评估，根据结果得出放电后CFx电极厚度从33 μm膨胀至约67 μm，对应于放电期间高度增加约203%[4]。
原位X射线光电子能谱仪的工作原理建立在X射线光电子能谱技术上，即光电离作用：当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收，使得该电子脱离原子核的束缚，以一定的动能从原子内部发射出来，变成自由的光电子，而原子本身则变成一个激发态的离子。根据爱因斯坦光电发射定律有：Ek =hν- EB。式中，Ek为出射的光电子动能；hν为X射线源光子的能量；EB为特定原子轨道上的结合能。当固定激发源能量时，其光电子的能量仅与元素的种类和所电离激发的原子轨道有关。因此，能够准确的通过光电子的结合能定性分析物质的元素种类。原位X射线光电子能谱仪一般含有X射线光电子能谱仪、原位气氛处理和制样系统等。
原位X射线光电子能谱仪主要是针对材料表面元素价态和组分，进行高灵敏度定性和半定量检测。同时可实现样品在高温度高压力及多种混合气氛条件下的原位分析表征，追踪材料表面元素价态和成分变化，定量分析材料表面元素组分。
天津大学凌涛教授、南开大学胡振芃教授和家同步辐射研究中心的Chia-Hsin Wang教授等人利用原位X射线光电子能谱技术对RuO2/CoOx杂化催化剂在中性环境OER过程进行了表征，根据结果得出所构建的RuO2/CoOx界面具有独特的电子和几何效应，有助于提高杂化物中RuO2的稳定性[5]。
六. 原位透射显微镜/原位X射线.原位透射显微镜能够直接在原子层次观察样品在力、热、电、磁作用下以及化学反应过程中的微结构演化
2. X射线衍射技术是通过X射线在样品中的衍射现象，利用衍射峰的位置和强度，实现定性分析材料的结晶类型、晶体参数、晶体缺陷以及定量分析不同结构相的相对含量的一种表征手段。利用原位X射线衍射技术能在材料反应过程中得到实时的结构物相变化信息，