陳根：新型顯微鏡，可同步測量微小物體運動和成像_風聞

文/陳根

鋰離子電池是目前最為廣泛利用的一種二次電池，其具有能量密度大、自放電率低、電勢差高、循環壽命長等優點。鋰離子電池已在許多領域實現應用,如手機、電動汽車、衞星、飛船、水下機器人等。但是，鋰電子電池並非沒有缺點，其在功率密度、充電速度、使用壽命等方面還有改進的空間。

要想改善其性能，首先必須藉助設備瞭解鋰電池的內部工作機制。**然而，目前只有使用昂貴、複雜的設備，才能達到這一目的，**比如動用電子顯微鏡、或者極其強大的同步加速 X 射線機（其強度是典型 X 射線機的數十萬倍）。也就是説，想要研究鋰電池在現實條件下真實發生的內部過程，是一件較為困難的事情。

針對這一問題，來自劍橋大學的科學家們利用干涉散射顯微鏡的成像技術**，開發出了一款新型顯微鏡。**該顯微鏡不僅可以觀察電池在數小時內的充放電情況，還可以迅速地捕捉電池內部發生的過程。

**該工具****通過分析光束與散射光的相互作用，可以對微小物體進行同步測量和成像。**基於此，研究團隊得以實時對鈷酸鋰電極內的單個粒子進行成像，並且揭示了一些有趣的行為。比如在充放電過程中，鋰離子在進出時發生相變的顆粒邊界（這點與設備的充電率有很大關係）。

此外，**研究人員還****發現鋰離子電池有不同的速度限制，且這取決於它是在充電還是放電。**比如在充電過程中，其速率取決於鋰離子通過活性材料顆粒的速度；而在放電時，它又取決於例子在邊緣進入的速度。通過觀察這些機制，並對相關過程進行操縱，顯著提升了電池的性能。

**總的來説，這套新穎且低成本的顯微技術，首次揭開了鋰離子的微觀工作。**未來，希望該研究成果能助力智能機電動汽車和動力電池的研發。目前，相關論文《電池中單粒離子動力學的可操作光學追蹤》，已發表在《自然》雜誌上。