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Advanced Energy Materials：利用原位電化學原子力顯微鏡表征電池

盡管鋰和其他堿離子電池得到了廣泛的應用和研究，但許多支撐內部材料并導致其降解/失效的化學和機械過程尚未完全了解。

因此，為了加深對這些過程的理解，正在探索各種非原位、原位表征方法。最近，電化學原子力顯微鏡（EC-AFM）和相關技術已成為電池材料表面多功能表征的關鍵平臺。

英國倫敦大學學院Dan J. L. Brett、Thomas S. Miller等人評估了使用EC-AFM在理解電池方面取得的進展。

EC-AFM和其他密切相關的技術已經影響了堿金屬和相關電池的研究，揭示了各種電解質中眾多工業就緒和下一代電極的界面、形態、機械、電氣和電化學特性。

重要的是，大部分已經使用原位技術顯示了這些現象，這意味著電池研究中關鍵過程的進展，包括離子嵌入/脫嵌、SEI或CEI演化、活性材料體積膨脹/收縮、枝晶形成、薄膜電極結構的變化、電導率的變化、表面降解、中間體形成的發展已經被揭示。

Advanced Energy Materials：利用原位電化學原子力顯微鏡表征電池

圖1 AFM、EC-AFM、C-AFM的示意圖

在可用的掃描探針顯微鏡(SPM)技術中，EC-AFM可以說是最能代表真實電池環境的，特別是那些具有液態電解質的環境，并且在繼續發展以改善這種表現的同時，也具有最大的潛力形態學和力學數據收集的可能性。但是，除了加大力度開發具有更相關電化學/電極環境的EC-AFM電池外，還必須認識到，與所有其他技術一樣，這種技術提供了對電池過程的有限看法。

因此，EC-AFM實驗必須與抵消這些限制的實驗相結合，特別是揭示電極體而非界面上同時發生結構或化學變化的方法，以及探測化學和晶體變化的方法，最后是能夠使用真正與行業相關的電池幾何形狀的技術。只有這樣，才能自信地使用這些數據來解釋定義電池運行時的變化和退化過程的起源。

圖2 三種代表性的商業電池結構

Characterizing Batteries by In Situ Electrochemical Atomic Force Microscopy: A Critical Review. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101518

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