詳細(xì)情況如下:來源：知社學(xué)術(shù)圈鋰離子二次電池以其高能量密度已在便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是依然不能滿足電動汽車和電網(wǎng)等大容量儲能裝置對高能量密度的需求。

　　金屬鋰具有高比容量（3860 mAh g

　　諸多研究致力于探索如何抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，但是以往研究主要停留在宏觀尺度，鋰枝晶生長的微觀機(jī)理、力學(xué)性能、刺穿固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)制及抑制其生長的科學(xué)依據(jù)都不清楚。

　　今天，燕山大學(xué)黃建宇教授、沈同德教授和唐永福副教授等聯(lián)合美國佐治亞理工學(xué)院朱廷教授和賓夕法尼亞大學(xué)張宿林教授，在Nature Nanotechnology發(fā)表題為“Lithium whiskers growth and stress generation in an in situ atomic force microscope-environmental transmission electron microscope setup”的研究論文，實(shí)時(shí)、直觀地記錄了鋰枝晶生長的微觀機(jī)制，精準(zhǔn)測定了其力學(xué)性能和力—電耦合特性，并提出固態(tài)電池中抑制鋰枝晶生長的可行性方案。張利強(qiáng)博士和楊婷婷博士研究生為論文的共同第一作者。

　　研究者們將原子力顯微鏡（AFM）和環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原位納米尺度鋰枝晶生長及其力學(xué)性能、力-電耦合精準(zhǔn)測定。發(fā)現(xiàn)鋰枝晶生長過程中可產(chǎn)生的應(yīng)力高達(dá)130 MPa， 通過原位壓縮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋰枝晶屈服強(qiáng)度高達(dá)244 MPa，這一數(shù)值遠(yuǎn)高于宏觀金屬鋰的屈服強(qiáng)度（~1 MPa）。

　　該論文的創(chuàng)新之處在于：

　　發(fā)明了一種基于原子力顯微鏡—環(huán)境透射電鏡（AFM-ETEM）原位電化學(xué)測試平臺。AFM一方面作為生長鋰枝晶的電極，另一方面對鋰枝晶生長過程中產(chǎn)生一個(gè)約束力，還可同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測生長應(yīng)力大小。該平臺可廣泛應(yīng)用于研究鈉、鉀、鎂、鈣等電池體系中枝晶生長的力學(xué)以及力-電耦合問題。

　　建立起了一種有效的研究鋰枝晶的動態(tài)原位實(shí)驗(yàn)表征新技術(shù)，確定了電化學(xué)驅(qū)動和非電化學(xué)驅(qū)動下微納尺度鋰枝晶的力學(xué)性能，提出了一種基于固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷、力學(xué)性能與鋰枝晶力學(xué)性能適配關(guān)系實(shí)現(xiàn)抑制鋰枝晶生長的可行性方案。

　　巧妙利用ETEM技術(shù)，通過在ETEM中通入CO2，在Li金屬表面原位生長出納米尺度的Li2CO3固態(tài)電解質(zhì)（SEI）保護(hù)層。正是這一層超薄的Li2CO3 SEI保護(hù)層顯著地提高了超活潑鋰金屬在透射電鏡中的穩(wěn)定性，防止其受到電子束損傷，從而實(shí)現(xiàn)了在室溫條件下亞微米級鋰枝晶生長過程的原位成像、力學(xué)性能以及力-電耦合測量。

　　該研究顛覆了研究者對鋰枝晶力學(xué)性能的傳統(tǒng)認(rèn)知，為抑制全固態(tài)電池中鋰枝晶生長提供了新的定量基準(zhǔn)。為設(shè)計(jì)具有高容量長壽命的金屬鋰固態(tài)電池提供了科學(xué)依據(jù)。該研究成果將助力固態(tài)電池在電動汽車、大型儲能和便攜電子器件等領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)。該工作得到國家基金委和科技部的大力支持。