摘要：本文总结了原位透射电镜在电池研究领域的一些重要研究进展。虽然经过多年的研究,但是电极材料以及其与电解质界面(SEI)在充放电过程中结构、形貌、成分的变化过程还不清楚,以上结构演化与电池性能的相关性更是了解甚少,急需要设计一种新的实验技术可以在微观尺度上对其变化进行观察,原位透射电镜技术正是为了满足这样的需求而设计的。原位电镜拥有高时空分辨率和能量分辨率,可实时观察各类纳米电极材料及SEI在充放电过程中的微观变化。本文首先讨论在透射电镜中组装纳米电池的实验方法,然后讨论了应用此技术在研究锂离子电池、金属空气电池等领域的一些重要研究进展,最后对应用原位透射电镜技术研究电池的未来发展方向进行展望。原位透射电镜技术可以直接和实时观察电极材料和SEI在电化学反应中的微观变化行为,这对于深入了解电池失效机理和设计高性能电池具有重要指导意义。

摘要：本文使用先进的球差校正环境透射电子显微镜(AC-ETEM)与原位电化学测试平台,在环境透射电镜中以SnO2纳米线作为空气正极,构建起一纳米K-O2金属空气电池,原位观测该电池在氧还原反应(ORR)过程中的微观变化行为。实验结果表明:在ORR过程中,SnO2纳米线首先转化为Sn单质颗粒与K2O;因纳米尺度的Sn单质颗粒具有优异的催化活性,在O2氛围中纳米线的表面生成了大量的KO2。但由于KO2不能稳定存在,会迅速分解成K2O2并释放O2,导致材料发生巨大的体积膨胀。相关实验结果为宏观K-O2电池的设计与改性提供了直观的实验证据。