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在充放電過程中，電池內(nèi)部在微觀層面發(fā)生了什么？奧爾登堡大學(xué)化學(xué)系的Gunther Wittstock教授博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)最近在科學(xué)雜志《ChemElectroChem》上提出了一種新的技術(shù)，用于現(xiàn)場(chǎng)觀察迄今為止基本無法觀察到的過程。

據(jù)研究人員介紹，這種新技術(shù)可以加快尋找創(chuàng)新電池的合適材料，最終目標(biāo)是開發(fā)出更耐用、功率密度更高的生態(tài)友好型儲(chǔ)能設(shè)備。來自明斯特大學(xué)電池研究中心MEET（明斯特電化學(xué)能源技術(shù)）的科學(xué)家也是該團(tuán)隊(duì)的成員。

電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在這個(gè)過程中，帶電粒子從帶正電的電極，即陰極，穿越到負(fù)陽極。在許多現(xiàn)代電池和可充電電池中，活性金屬鋰是陽極的重要組成部分。在工作過程中，表面會(huì)形成超薄層，保護(hù)電極和電池液不被分解。然而，到目前為止，幾乎不可能直接觀察到這些復(fù)雜層（只有幾百萬分之一米厚）在充電和放電周期中發(fā)生的變化。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的測(cè)量原理，以獲得電池運(yùn)行過程中金屬鋰電極表面的局部、高分辨率信息。"隨著時(shí)間的推移，電極表面的化學(xué)過程會(huì)對(duì)電池的耐久性和性能產(chǎn)生重大影響，"Wittstock說。

研究人員使用掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）進(jìn)行分析。這個(gè)過程包括用測(cè)量探頭掃描樣品表面，以幾微米的間隔收集化學(xué)信息。然后，特殊的軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為彩色圖像。"通過多次重復(fù)這個(gè)過程，我們可以像在活頁本上一樣追蹤樣品表面的變化，"Wittstock解釋說。

Wittstock物理化學(xué)研究小組的博士生Bastian Krueger開發(fā)了一種特殊的測(cè)量電池，其中的實(shí)驗(yàn)條件，如電流強(qiáng)度，基本上與真實(shí)電池中的條件一致。這位化學(xué)家測(cè)試了各種電池組件，他使用3-D打印機(jī)和數(shù)控微型銑床制作了這些組件。同組的另一位博士生Luis Balboa進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，以優(yōu)化電池的幾何形狀，重現(xiàn)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件。

通過這種設(shè)置，科學(xué)家們能夠以前所未有的精確度觀察鋰陽極上的過程。他們觀察到，在高速充電時(shí)，電池液中的鋰是如何在陽極上沉積的。這些局部強(qiáng)化的沉積物可以發(fā)展成所謂的樹枝狀，造成鋰在電極上的分支延伸。這種形成限制了電池的耐久性，在極端情況下甚至?xí)?dǎo)致電池的損壞。

"我們研究的突破在于，我們有史以來第一次能夠在測(cè)量?jī)x器內(nèi)直接在現(xiàn)實(shí)的電流密度下進(jìn)行這樣的過程，并直觀地監(jiān)測(cè)其效果，"Wittstock強(qiáng)調(diào)。他補(bǔ)充說，該技術(shù)也可用于其他類型的電極，長(zhǎng)期目標(biāo)是研究不同的預(yù)處理步驟如何影響電極上保護(hù)邊界層的形成。


原標(biāo)題：可直接觀察電池內(nèi)部的新技術(shù)