引自科學網 
美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的科學家近日在其網站上稱，借助一種新型掃描探針顯微儀，他們成功繪製出了鋰離子在鋰電池負極周圍運動的影像，這有助於研究人員研發出更高效能的電池。相關研究發表在最新一期的《自然—奈米技術nature nanotechnology》雜誌上。
尼娜•巴爾克(N. Balke)、史蒂芬•傑西(S. Jesse)和謝爾蓋•加里甯(S. V. Kalinin)3人領導了這項研究，他們開發出了一種新型掃描探針顯微儀—電子應力顯微儀（ESM）。該顯微儀能夠在奈米尺度上對電池內部的粒子運動進行觀察，並繪製出三維圖像，其精確度比現有的掃描探針顯微儀要高出6個至7個數量級。
加里甯稱，研究人員對位於電池表面的ESM探針施加了電壓，並通過測量相應的電化學應變或體積變化，獲得了鋰離子的運動圖像。傳統技術往往只對電流進行分析，但由於電流極其微弱，難以測量，從而無法將精度提高至奈米級。
鋰離子電池是目前最常用的一種電池系統，由於其重量輕、能量密度高，具有較好的充電性能，從手機到電動車都可見其身影。而目前，研究人員一般通過改變電池組件的材料或對電極厚度進行微調來提高其電子性能。
巴爾克指出，我們希望能夠從奈米尺度理解正常電池與失效電池間的差異。通過ESM成像，我們可對電池電極中一個單獨的晶粒、晶粒團簇或者瑕疵進行檢查。這些奈米現象通常都需要與電池整體性能聯繫起來進行研究，有時，奈米尺度上一個小小的改變都將對電池的整體效能產生巨大影響。例如，通過對高解析度掃描圖像進行分析，我們發現，如果鋰離子更多集中在電極晶粒的邊緣，就將導致電極開裂，最終導致電池失效。
雖然這項研究主要集中在鋰離子電池上，但該團隊預計，該技術未來也應能用於其他類型的電池以及電子設備的研究當中。研究人員表示，這種方法為大尺寸掃描探頭的應用開創了先例，未來他們還將對其進行進一步的完善，以使其能夠適應更為複雜的材料。該技術在包括電池在內的多個研究領域中都有極為廣泛的應用價值。（來源：科技日報 王小龍）
nature nanotechnology原文論文
Nanoscale mapping of ion diffusion in a lithium-ion battery cathode
N. Balke, S. Jesse, A. N. Morozovska, E. Eliseev, D. W. Chung, Y. Kim, L. Adamczyk, R. E. García, N. Dudney & S. V. Kalinin
Nature Nanotechnology
Volume: 5 , Pages: 749–754, Year published: (2010)
DOI: 10.1038/nnano.2010.174
NanoTransport Laboratory實驗室網頁
Operational principle of Band Excitation in an SPM.(圖片引自nature nanotechnology原文論文的Supplementary information)
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