重要發現！蔡司顯微鏡突破新技術，實現枝晶生長全過程揭秘

固態電池作為下一代儲能技術的未來之星，其商業化進程一直受到枝晶問題的嚴重制約。這些微小的金屬析出物會刺穿電池內部結構，導致短路甚至完全失效。

長期以來，研究人員只能通過間接手段推測枝晶的生長行為，如電化學表征、物理表征、壓力傳感表征，其都無法直接觀測定位到枝晶的具體位置與分布。直到最近一項突破性研究改變了這一局面。

重要發現

枝晶生長全過程揭秘

北京理工大學材料學院金海波教授和蘇岳鋒教授課題組經典案例

蔡司材料共聚焦助力固態電池內部枝晶生長過程的實時可視化觀測

為下一代高安全、高能量密度固態電池的設計提供關鍵理論依據與技術指引

▲ 展示了蔡司共聚焦顯微鏡捕捉到的鈉枝晶熒光成像，其超高分辨率清晰呈現了枝晶的微觀結構特征

▲ 展示了固態電池中鈉晶生長的成像，蔡司顯微鏡的三維重構能力使研究人員能夠精確量化枝晶體積等關鍵參數

借助蔡司激光共聚焦顯微鏡的優異性能，研究人員獲得了多項突破性發現：

生長模式新認知

枝晶呈現"爆發-停滯-再爆發"的間歇性生長模式，這一發現直接得益于蔡司顯微鏡的長時間動態觀測能力。

機械應力關鍵作用

枝晶生長會產生巨大機械應力，而應力積累又會反制進一步生長，這一機制的發現離不開顯微鏡的高分辨率應力分布成像。

面起源確認

電極與電解質界面處的缺陷是枝晶萌生的主要起源地，蔡司顯微鏡的超高空間分辨率使研究人員能夠精確定位這些缺陷位置。

電流密度影響

不同電流密度下枝晶生長形貌和速率存在顯著差異，這一定量關系的建立依賴于顯微鏡的精確測量能力。

技術突破

蔡司激光共聚焦顯微鏡的關鍵作用

這項研究中，蔡司激光共聚焦顯微鏡作為核心觀測設備，為解決鋰電原位觀測面臨的諸多挑戰提供了獨特的技術優勢：

動態時序掃描功能

時間序列掃描功能支持每小時多次掃描，能夠連續記錄枝晶生長的動力學過程，實現多點位同時跟蹤，精確測量生長速率和方向性，為理解枝晶生長動態提供了關鍵數據。

卓越的光學性能

高透光率光學系統和優異信噪比，即使在弱光條件下也能獲得清晰圖像，滿足透過電池觀察窗進行原位觀測的特殊需求，確保熒光信號的高效采集和真實還原。

超高空間分辨率

亞微米級分辨能力使研究人員能夠清晰捕捉枝晶萌芽的初始狀態和微觀結構特征，為研究枝晶的成核和早期生長提供了前所未有的細節信息。這一特性對于理解枝晶形成的初始階段至關重要。

精準三維重構能力

通過Z-stack掃描技術實現的三維體積數據采集，能夠重建枝晶的空間構型，精確量化枝晶體積等關鍵參數，幫助研究人員全面了解枝晶的生長形態和空間分布。

未來展望

固態電池設計新方向

蔡司激光共聚焦顯微鏡在本研究中表現出卓越的性能與可靠性，為能源材料微觀機制的解析提供了強大支撐，彰顯了先進表征工具在驅動原始創新與科研突破中不可或缺的作用。

除此之外，蔡司還提供涵蓋掃描電鏡、雙束電鏡、X射線顯微鏡等多維分析手段的顯微成像解決方案，全方位、多模態、跨尺度支持固態電池的研發需求，為其最終走向大規模商業化應用提供了堅實而系統化的技術保障。

掃碼領取

蔡司材料激光共聚焦解決方案

參考文獻

“Imaging dendrite growth in solid-state sodium batteries using fluorescence tomography technology”《Science Advances》（DOI: 10.1126/sciadv.adr0676）

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