维度网讯，新加坡国立大学材料科学与工程系助理教授毛献文领导的研究团队，开发出一种名为“离子定位光学纳米成像”（ION）的新型显微技术，首次实现了在工作电池运行过程中对单个离子反应事件的直接观察与精确定位。该成果已发表于国际学术期刊《Nature Materials》2026年5月刊。

传统成像工具往往需要对循环后的电池进行拆解分析，难以在真实液态工作条件下，以足够高的空间和时间分辨率直接观察离子在电池内部的移动与反应。ION技术可在约50纳米空间分辨率和20毫秒时间分辨率下，将不可见的离子活动转化为微小光闪烁，实时追踪电池材料界面上的单离子行为。

研究团队借此发现，看似均一的颗粒内部反应高度不均匀，且不同区域之间存在动态协同作用。这些发现为理解电池如何缓慢退化提供了全新视角。

毛献文表示，ION技术的核心突破在于首次把“看不见的离子反应”直接变成可观测、可定量的光学信号。该技术借鉴了单分子定位荧光显微成像的思想，将电池充放电过程中产生的离子与特异性荧光响应过程耦合起来，将原本不可见的离子生成事件转化为可精确定位的荧光闪烁信号。

与电子显微镜、同步辐射等高端表征手段相比，ION技术并非追求更高分辨率，而是更贴近真实工作条件且非破坏性。电子显微镜往往需要高真空或冷冻环境，同步辐射也需高能束流照射，这些条件难以保持液相电化学反应的自然状态，且易产生束流损伤。ION技术基于光学平台，可在液态、通电、长时间运行条件下成像，对样品几乎没有损伤，同时具备相对更低的成本、更高的通量和更强的可扩展性。

从产业应用角度看，金属电池的核心问题是能否稳定、长期、安全地工作。锌金属电池突出低成本、高安全性和资源丰富，更适合大规模储能，如可再生能源并网、电网侧储能、园区储能及数据中心后备电源。目前，国际上如伊欧斯能源（Eos Energy）、锌戊能源（ZincFive）、软银集团（SoftBank）等企业已在锌基电池商业化上取得实质进展。锌金属电池当前最突出的问题是负极剥离不均匀，导致“死锌”形成、界面失活，最终容量快速衰减。ION技术可在单离子及亚颗粒尺度上观察锌剥离反应的位置、活跃程度及区域间相互影响，为设计更稳定的负极材料提供直接机理依据。锂金属电池则更适合需要极致比能量的高端场景，如长航时无人机、航空电动化及未来高续航需求的电动车。

毛献文认为，ION技术不仅是一个用于解释机理的科学工具，更有潜力成为提升效率的产业研发平台。企业可通过它快速比较不同负极材料、电解液、添加剂、表面修饰方案带来的局部反应差异。工程化后，该技术可发展为面向电池和材料企业的高通量筛选平台，缩短材料研发周期，减少对长时间循环测试的依赖。

该技术适用范围不限于电池。只要体系中存在离子参与的界面反应，理论上都可应用，包括电催化剂重构、离子交换过程、腐蚀与钝化等领域。以绿色氢能为例，电解水制氢的催化剂筛选常因过渡金属溶出问题而周期长、成本高。将ION技术推广至催化反应后，可结合对特定离子的荧光探针，在真实工作条件下直接观察铜基催化剂或其他电催化过程中金属原子的溶出行为，从单离子尺度揭示催化剂活性衰减的微观机制。

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