美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家拍攝到了第一張鋰枝晶形成的實(shí)時(shí)納米級(jí)圖像。鋰枝晶結(jié)構(gòu)的存在通常會(huì)降低電池的使用性能，借助電子顯微鏡，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究者們發(fā)現(xiàn)枝晶結(jié)構(gòu)進(jìn)而發(fā)現(xiàn)鋰離子電池長(zhǎng)期存在的使用安全問(wèn)題。

當(dāng)陽(yáng)極出現(xiàn)金屬鋰，鋰枝晶就開(kāi)始不規(guī)則地生長(zhǎng)。但是，當(dāng)上升過(guò)大會(huì)刺穿電極之間的隔膜，使電池短路，導(dǎo)致電池失效。

研究者們通過(guò)使用一個(gè)微型的電化學(xué)電池模擬鋰離子電池的內(nèi)部液體環(huán)境，開(kāi)展鋰枝晶形成過(guò)程的研究。把該液體電池放在透射掃描電子顯微鏡上，施加電壓后，能夠觀測(cè)到鋰沉積（就像一個(gè)納米級(jí)的種子），并逐漸成長(zhǎng)為樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)。在液體環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析正是ORNL團(tuán)隊(duì)方法的獨(dú)特之處。

ORNL的原位顯微鏡負(fù)責(zé)人RaymondUnocic說(shuō)道：這使我們觀察到了納米級(jí)枝晶的成核和生長(zhǎng)過(guò)程。我們可以看到整個(gè)過(guò)程發(fā)生在一個(gè)玻璃碳電極上，并能觀測(cè)更易形成枝晶的位置以及追蹤枝晶形成過(guò)程中的形態(tài)變化。

除了得到結(jié)構(gòu)變化的高分辨率圖像，利用團(tuán)隊(duì)的顯微技術(shù)也得到了該電池電化學(xué)性能的精確數(shù)據(jù)。ORNL的博士后研究員和《納米快報(bào)》研究的第一作者RobertSacci表示：這種技術(shù)使我們能即時(shí)觀測(cè)鋰枝晶納米級(jí)的結(jié)構(gòu)及化學(xué)變化，并以此評(píng)估電池的性能指標(biāo)。

Unocic說(shuō)：通常電池在使用中，經(jīng)多次充放電之后，性能會(huì)明顯降低，你一般直到電池失效才進(jìn)行失效分析以查明根本原因。最后發(fā)現(xiàn)其實(shí)是枝晶惹的禍，但此時(shí)已于事無(wú)補(bǔ)?，F(xiàn)在我們可以直接觀測(cè)枝晶的形成，然后提前設(shè)計(jì)方法抑制和減少枝晶的出現(xiàn)。假如不了解這其中的基本原理，你可能百思不得其解，只有觀測(cè)到電池里發(fā)生的納米級(jí)的結(jié)構(gòu)及化學(xué)變化，你才能做到防范于未然。

ORNL團(tuán)隊(duì)表示,為了解決枝晶問(wèn)題，科學(xué)家們正在做不同的嘗試，如使用液體添加劑或強(qiáng)萃取劑,希望這項(xiàng)研究能給科學(xué)家們一些啟發(fā)。