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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？奧爾登堡大學化學系的Gunther Wittstock教授博士領導的一個科學家團隊最近在科學雜志《ChemElectroChem》上提出了一種新的技術(shù)，用于現(xiàn)場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，最終目標是開發(fā)出更耐用、功率密度更高的生態(tài)友好型儲能設備。來自明斯特大學電池研究中心MEET（明斯特電化學能源技術(shù)）的科學家也是該團隊的成員。

電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能。在這個過程中，帶電粒子從帶正電的電極，即陰極，穿越到負陽極。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，表面會形成超薄層，保護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。

該團隊開發(fā)了一種新的測量原理，以獲得電池運行過程中金屬鋰電極表面的局部、高分辨率信息。"隨著時間的推移，電極表面的化學過程會對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顯微鏡（SECM）進行分析。這個過程包括用測量探頭掃描樣品表面，以幾微米的間隔收集化學信息。然后，特殊的軟件將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為彩色圖像。"通過多次重復這個過程，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物理化學研究小組的博士生Bastian Krueger開發(fā)了一種特殊的測量電池，其中的實驗條件，如電流強度，基本上與真實電池中的條件一致。這位化學家測試了各種電池組件，他使用3-D打印機和數(shù)控微型銑床制作了這些組件。同組的另一位博士生Luis Balboa進行了計算機模擬，以優(yōu)化電池的幾何形狀，重現(xiàn)真實的實驗條件。

通過這種設置，科學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，電池液中的鋰是如何在陽極上沉積的。這些局部強化的沉積物可以發(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，在極端情況下甚至會導致電池的損壞。

"我們研究的突破在于，我們有史以來第一次能夠在測量儀器內(nèi)直接在現(xiàn)實的電流密度下進行這樣的過程，并直觀地監(jiān)測其效果，"Wittstock強調(diào)。他補充說，該技術(shù)也可用于其他類型的電極，長期目標是研究不同的預處理步驟如何影響電極上保護邊界層的形成。


原標題：可直接觀察電池內(nèi)部的新技術(shù)