新的成像技术证实：铝锂合金的形成会造成下一代电池故障

　　（顶部）铝阳极全固态薄膜电池在循环之前的一个截面的扫描电子显微镜图像。（底部）自上而下的扫描电子显微镜图片显示了在第一阶段的循环过程中，铝阳极表面的行为。通过增加充电电流，集群的密度同样也会增加（红色显示的是充电50分钟后呈现10 nanompas的效果，绿色是充电17分钟后呈现20 nanoamps的效果，蓝色是充电3分钟后呈现30 nanoamps 的效果），表明铝锂合金的形成是一个动力驱动的过程。

　　美国国家标准与技术研究院 、马里兰大学和桑迪亚国家实验室的研究员们已经成功对固态电池在充电和放电时的内部工作情况进行了首次成像，并且详细测量了他们的电化学健康指数。他们的工作有助于解释为什么电池迅速失去性能，并且他们提出一种改进这种现象的方式。

　　这个结果出现在材料化学A刊。

　　当今市场上大多数电池使用液体电解质，固态电池，顾名思义，就是固体电解质。不需要液体电解质使得这些电池更适合批量的制造技术，并且能够让他们更小，更薄，更灵活。

　　事实上，整个电池组装起来也只是变厚了几微米。

　　在用于手机的商用锂离子电池中，例如，阳极(电池的一侧，流出电子形成电路)通常是由碳元素作成的。但在这些新的固态电池中，科学家们一直尝试包括铝在内的其他材料。因为它质轻，是移动设备的一个重要考虑事项。

　　研究人员发现这些电池的性能在少量的充放电周期后迅速降低。事实上，电池在10个周期后它们的容量会损失90%。目前没有人知道是什么原因造成的。

　　根据马里兰大学的研究员Marina Leite的研究，在充电前后的固态电池方面，大面积的成像工作仅仅表示出了设备的快照。 “事实上，为了尝试推断出在电池充电或放电时发生了什么，他们检查了电池”， Leite说，“在这种情况中，我们可以根据阳极表面形态的改变来追踪它是如何影响电池性能的，以及我们可以来量化在电池充放电时电池电容的损失，同样也可以模仿出电池在使用过程的情景。”

　　这种成像技术可以用在任何一种固态电池当中，它包含了很多不同的工具，比如光电子能谱、扫描电镜、高真空俄歇电子显微镜（它是根据原子激发出来的电子来分析表面的元素组成）、这个设置可以使团队精确的控制锂反应速率，电池的固态充电和放电，记录电化学潜能，并且还能够将这些参数与电极结构和化学组成中的特殊变化进行匹配。

　　他们的实验表明，电池的性能会降低是由于铝阳极的表面氧化。氧化铝，外形像白色奶酪块，它会捕捉锂离子和并且在充电过程中阻止它们回到阴极。阴极逐渐较少的锂离子意味着返回的电子越来越少，最终逐渐减少了电池的能量容量。

　　NIST的研究员Andrei Kolmakov说：在阳极表面上合金的形成表明：为了成功的把铝作为电极，其表面需要通过添加不同的材料来保护它，从而使它不会合金化。

　　Leite进一步指出，最新研究将集中在阳极的表面驱动反应和在这些类型的电池的最终性能里所发挥的关键作用，来取代其他电池电解液/阳极界面中常见的架构。