美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們已經(jīng)得到了鋰枝晶形成的納米級圖像，這項(xiàng)成果將有助于解決鋰電池長期存在的性能和安全問題。
美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家拍攝到了第一張鋰枝晶形成的實(shí)時納米級圖像。鋰枝晶結(jié)構(gòu)的存在通常會降低電池的使用性能，借助電子顯微鏡，橡樹嶺國家實(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)鋰電池長期存在的使用安全問題。
當(dāng)陽極產(chǎn)生金屬鋰，鋰枝晶就開始不規(guī)則地生長。但是，當(dāng)增長過大會刺穿電極之間的隔膜，使電池短路，導(dǎo)致電池失效。
研究者們通過使用一個微型的電化學(xué)電池模擬鋰離子電池的內(nèi)部液體環(huán)境，開展鋰枝晶形成過程的研究。把該液體電池放在透射掃描電子顯微鏡上，施加電壓后，能夠觀測到鋰沉積（就像一個納米級的種子），并逐漸成長為樹枝狀結(jié)構(gòu)。在液體環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時分析正是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 Raymond Unocic說道：“這使我們觀察到了納米級枝晶的成核和生長過程。我們可以看到整個過程發(fā)生在一個玻璃碳電極上，并能觀測更易形成枝晶的位置以及追蹤枝晶形成過程中的形態(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》研究的第一作者 Robert Sacci表示：“這種技術(shù)使我們能即時觀測鋰枝晶納米級的結(jié)構(gòu)及化學(xué)變化，并以此評估電池的性能指標(biāo)。”
Unocic說：“通常電池在使用中，經(jīng)多次充放電之后，性能會明顯降低，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，但此時已于事無補(bǔ)?，F(xiàn)在我們可以直接觀測枝晶的形成，然后提前設(shè)計(jì)方法抑制和減少枝晶的產(chǎn)生。如果不了解這其中的基本原理，你可能百思不得其解，只有觀測到電池里發(fā)生的納米級的結(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)。