康奈尔大学化学与化学生物学系的研究团队近日取得重大科研突破，成功开发出能够实时观测极端温度条件下电池材料动态变化的先进电子显微镜技术。这项开创性研究由助理教授姚洋博士(2021届)领导，相关成果已于5月23日发表在《美国化学会志》这一权威期刊上。

研究团队创新性地将电化学透射电子显微镜(TEM)技术与先进的数据分析算法相结合，构建了一个独特的实验平台。该平台能够在-50°C至300°C的极端温度范围内，实现对电池材料纳米级变化的实时观测和记录。"这项技术使我们首次能够直接观察北极极寒条件下电池的运行状态，以及高温工业环境中催化剂的降解过程，"姚洋博士解释道。

技术实现的关键在于三个方面的创新突破：

将三电极电化学系统集成到TEM中

开发精确的双电极温控系统

建立专门的数据处理算法

通过与北卡罗来纳州Protochips公司长达三年的合作研发，研究团队成功克服了多项技术难题。化学系助理教授Erik Thiede带领的计算团队为此开发了专门的机器学习算法，用于处理实验产生的大量图像数据。"我们收集的数据既展现了新的科学现象，也需要新的算法来分析，"Thiede博士表示，"这充分展现了实验与理论相结合的研究价值。"

这项技术的应用前景广阔，目前已在多个领域取得初步成果：

锂电池安全性研究：揭示极端温度下的失效机制

绿色制氢催化剂：优化材料设计

工业催化过程：提高反应效率

电动汽车电池：改善低温性能

研究团队表示，这项技术不仅为能源材料研究提供了新工具，也为理解纳米尺度下的电化学过程开辟了新途径。未来，他们计划将该技术拓展应用于更多材料体系的研究，并进一步提高观测的时空分辨率。

更多信息： Sungin Kim 等，《Operando Heating and Cooling Electrochemical 4D-STEM Probing Nanoscale Dynamics at Solid-Liquid Interfaces》，《美国化学会志》(2025)。期刊信息： 美国化学会志