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日本國家材料科學研究所（NIMS）首次成功地可視化了全固態鋰離子電池充放電反應過程中複合電極上電勢分布的連續變化。這種分布以前只能在充放電反應發生前後測量。從微觀上了解電極中的充放電反應機制，可能有助於設計出能夠提高全固態鋰離子電池性能的新器件。
全固態鋰離子電池由於其優異的安全性和循環性能，是一種很有前途的下一代電池候選者。在投入實際使用之前，其性能還需要進一步提高。需要通過分析充放電過程中電極發生的電化學反應，找出性能下降的原因。2016年，該研究團隊開發了一種技術，可以在高空間解析度下原位觀察電極中的電勢變化。然而，人們對開發能夠進行更詳細分析的新技術存在很大興趣：連續（動態）測量充放電過程中電極上電勢分布的變化。
該研究小組最近開發了一種新技術，通過將電化學測量系統與以前開發的技術（原位開爾文探針力顯微鏡和用於製備橫截面電池樣品的技術）相結合，能夠可視化電池中電勢分布的連續（動態）變化。然後，研究小組利用這種新的組合技術觀察了全固態鋰離子電池（實驗樣品由Taiyo Yuden Co., Ltd.提供）的複合陰極內的充放電反應作用。結果，研究小組發現，電荷反應在複合陰極上從集流側向陽極側不均勻地延伸，而放電反應則均勻地分布在陰極上。這些結果表明，在電荷過程中，複合陰極中形成了不充分的電子導電路徑網絡。
這項研究開發的技術適用於各種電池評估，包括深入分析電池性能退化的原因，而這些原因用傳統的電化學測量方法很難確定。該技術可幫助電池開發者優化電池結構，設計出更高性能的電池。
論文標題為《Dynamically visualizing battery reactions by operando Kelvin probe force microscopy》。