Advanced Energy Materials：利用原位电化学原子力显微镜表征电池

尽管锂和其他碱离子电池得到了广泛的应用和研究，但许多支撑内部材料并导致其降解/失效的化学和机械过程尚未完全了解。

因此，为了加深对这些过程的理解，正在探索各种非原位、原位表征方法。最近，电化学原子力显微镜（EC-AFM）和相关技术已成为电池材料表面多功能表征的关键平台。

英国伦敦大学学院Dan J. L. Brett、Thomas S. Miller等人评估了使用EC-AFM在理解电池方面取得的进展。

EC-AFM和其他密切相关的技术已经影响了碱金属和相关电池的研究，揭示了各种电解质中众多工业就绪和下一代电极的界面、形态、机械、电气和电化学特性。

重要的是，大部分已经使用原位技术显示了这些现象，这意味着电池研究中关键过程的进展，包括离子嵌入/脱嵌、SEI或CEI演化、活性材料体积膨胀/收缩、枝晶形成、薄膜电极结构的变化、电导率的变化、表面降解、中间体形成的发展已经被揭示。

Advanced Energy Materials：利用原位电化学原子力显微镜表征电池

图1 AFM、EC-AFM、C-AFM的示意图

在可用的扫描探针显微镜(SPM)技术中，EC-AFM可以说是最能代表真实电池环境的，特别是那些具有液态电解质的环境，并且在继续发展以改善这种表现的同时，也具有最大的潜力形态学和力学数据收集的可能性。但是，除了加大力度开发具有更相关电化学/电极环境的EC-AFM电池外，还必须认识到，与所有其他技术一样，这种技术提供了对电池过程的有限看法。

因此，EC-AFM实验必须与抵消这些限制的实验相结合，特别是揭示电极体而非界面上同时发生结构或化学变化的方法，以及探测化学和晶体变化的方法，最后是能够使用真正与行业相关的电池几何形状的技术。只有这样，才能自信地使用这些数据来解释定义电池运行时的变化和退化过程的起源。

图2 三种代表性的商业电池结构

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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