该课题由武汉理工大学承担，电极微纳结构与表界面的原位表征可从本征上揭示材料的电化学储能机制、容量衰减机理以及 SEI 膜、负极金属枝晶等的生长路径。目前国内外在电化学原位表征上已取得一定成果,如单根纳米线器件原位电输运检测，原位 XRD 检测和原位 TEM 检测等。但面向 SEI膜和铝离子等新型储能电池电极材料微纳结构和表界面的原位表征技术较为缺乏，因此针对性地开发新型原位表征技术，将为电极材料的机制研究和性能优化提供指导。

拟解决的关键科学技术问题：

1、发展电极微纳结构与表界面的原位表征方法，探索电极添加剂对材料性能的影响以及材料晶体结构、电子结构和界面反应的原位演化规律，揭示材料储能机制和容量衰减的本征因素。

2、 发展针对铝离子等新型储能电池电极材料的原位表征技术，探索新型储能体系中的新现象、新规律，促进铝离子等新型储能电池的发展。

拟开展的主要研究内容：

基于现有的单根纳米线电化学器件原位检测平台，结合原位 XPS、电子能量损失谱（EELS）、原位 NMR 等技术，设计制作一套可同时施加电场、温度场、光的单根纳米线储能器件电化学原位测试系统，实现锂、铝离子等电池电极材料的电化学、电、温度、磁、光等多场耦合性质的测量。将 X 射线衍射仪、电化学工作站以及高低温变温箱有机集成，发展高低温超快速电化学原位二维面探 XRD 技术，并结合原位 TEM 表征，研究电极材料在不同环境温度、不同充放电倍率下的晶体结构、微观结构等的演变。搭建原位电镜（SEM、 TEM 或 AFM）及原位光谱测试（Raman、 FTIR 或 XPS）平台，并重点开发原位针尖增强拉曼（TERS）等先进技术，实现 SEI 膜的形成过程及化学组分、元素状态变化的实时观测。研发封闭式液态原位 TEM 芯片，发展开放式原位 TEM 芯片及其测试技术，结合原位 SEM、 AFM 等技术同步观测电化学反应过程中负极金属枝晶的生成和形貌演变，针对性地提出抑制枝晶生长的方法。