透射电子显微镜使能源技术领域的研究人员能够从原子尺度观察下一代电池材料。但一项新研究发现，显微成像过程本身对锂和钠电池样品造成的损害比先前预期的更为显著，这凸显了为实验室建立电池材料成像标准框架的必要性。该研究成果已发表在《Joule》期刊上。
这项研究由能源存储研究联盟、芝加哥大学普利兹克分子工程学院、阿贡国家实验室以及赛默飞世尔科技的科研人员合作完成。
“人们使用多种不同的工具来表征样品，并且各自有开展实验的方式，”该研究的共同第一作者、阿贡国家实验室博士后研究员及芝加哥大学普利兹克分子工程学院研究助理白爽表示。“我们正在尝试确定，对于储存像锂或钠这样的活泼金属样品，将它们从一台设备转移到另一台设备，以及为获得最佳数据分析结果而进行成像的最佳方法是什么。”
研究团队揭示了电子显微镜操作中的问题，指出将样品转移到电子显微镜的过程以及显微镜本身都可能对活泼样品造成损害。这项研究还推翻了一项电池研究领域的长期假设，即纯锂样品无需在低温条件下保存即可进行成像。
“通过我们的惰性气体转移方法，我们证实可以在室温下对高纯度的锂金属进行高分辨率成像，”白爽说。
这种新的转移方法，结合论文中概述的数据报告建议，有望为安全、高效且以最小损伤研究电池样品建立更好的标准。
“这对我们实验室以及那些致力于研发更优质电池以实现全球可持续发展的研究团队而言，是一个里程碑，”该研究的通讯作者、能源存储研究联盟主任及芝加哥大学普利兹克分子工程学院家族教授孟颖表示。“通过采纳我们在论文中概述的指导方针，世界各地的实验室可以确保获得一致、可靠的数据，这些数据将为我们研发工作的每一步提供信息，从而加速科学成果在实际应用中的转化。”
研究还发现，即使在低温条件下，若电子束剂量控制不当，透射电子显微镜图像也可能导致误导性结论。例如，氟化锂在高强度电子束照射下可能分解成锂金属，进而与镜筒内的残留物反应被氧化。因此，仔细控制和记录施加在样品上的电子束剂量至关重要。目前许多论文未包含此信息，使得过往研究的可比性存疑。
“一旦我们转向下一代电池如钠电池，这个问题将变得更加关键，因为所用的材料对空气和电子束将更为敏感，这对精确表征提出了更高挑战，”刘昭表示。新的成像指南和披露标准有望帮助未来的研究避免这些问题。
出版详情：作者：Shuang Bai等，标题：《反应性碱金属电池材料相关成像和分析指南》，发表于：《焦耳》(2026)。期刊信息：《焦耳》
