日本國立研究開發法人「物質材料研究機構」（NIMS）首次成功使全固體鋰離子二次電池復合電極在充放電反應中發生的電位分佈變化實施了連續視覺化。以前只能在充放電反應開始前和結束後觀測到的電極内部充放電反應機制。此舉有望提高全固體鋰離子二次電池性能的設計。
全固體鋰離子二次電池因具備高安全和良好的循環特性，有望成爲新一代蓄電池。但要想實用化，需要進一步提高電池性能。因此，需要詳細解析充放電程序中電極内部發生的電化學反應，找到導致性能下降的終極因數。上述研究團隊2016年開發了以高空間解析度直接觀察充放電之前和之後電極内發生的電位變化的方法，但進一步的詳細解析，還需開發能連續測量充放電程序中電極内部發生的電位分佈變化的技術。
此次，研究團隊透過在此前開發的截面樣品製作技術和克耳文探針力顯微鏡技術中結合電化學測量系統，開發出了可連續觀測工作中的電池内部電位變化的技術。另外，還利用該方法觀察了實際的全固體鋰離子二次電池復合正極發生的充放電反應的情況。團隊發現充電反應是從集電體側向負極側不均勻地進行的，而放電反應是在整個復合正極均勻進行的。該結果表明，充電程序中復合正極沒有很好地形成電子傳導網路。
新開發的方法可應用於多種電池評測技術，比如對以前電化學測量法難以調查的電池性能劣化終極因數進行詳細解析等。該技術今後有望在電池開發現場使用，作爲提高電池性能的電池設計和結構控制的指標。
圖：（a）電池結構和觀察區域、（b）觀察電位分佈時的循環伏安圖、（c-g）充電程序和（h-l）放電程序中的復合正極電位分佈變化
論文資訊
論文題目：Dynamically visualizing battery reactions by operando Kelvin probe force microscopy
期刊：《Communications Chemistry》
DOI : 10.1038/s42004-019-0245-x
文：JST客觀日本編輯部編譯
