锂离子电池广泛应用于智能设备和车辆中。然而，液体电解质易燃，而且可能发生泄漏，容易引发安全问题。全固态锂离子电池具有诸多性能优势，比如安全性更高，电化学稳定性更宽，有望成为新替代选项。但是，这种电池仍然存在不足之处，如离子电导率受限、接触面积不足、电极与固体电解质界面阻力高等。
为了解决这些问题，研究人员开始研究复合电极，将锂离子导电添加剂作为介质，使其分散在复合电极中，在界面处提供离子导电路径，提高整体离子电导率。
从微观尺度上识别活性材料、离子导体、粘结剂和导电添加剂中使用成分的形状和分布，对于显著提高电池的运行性能，具有重要意义。该方法在多尺度基础上，利用不同模式的原子力显微镜，包括电化学应变显微镜和横向力显微镜，以所检测到的信号灵敏度为基础，区分各成分区域。
在该项目中，研究人员对常规电极和复合电极进行了测试，并比对测试结果。通过区分单个区域，确定单个区域内离子反应性分布与摩擦力分布的纳米级相关性，考察粘结剂分布对电化学应变的影响。
研究小组探讨电化学应变显微镜振幅/相位和横向力显微镜摩擦力对交流驱动电压和尖端加载力的依赖关系，并根据它们的灵敏度，标记复合负极各个组分。在环境条件下，可以直接通过该方法，对复合电极进行多尺度观测，区分不同的成分，同时测量其性能。该研究的首席作者Dr. Hongjun Kim说：“测试样本的准备过程很容易，而且可以为探测到的信号提供更高的空间分辨率和强度分辨率。通过该方法，还可以为观测样本提供三维表面形貌信息。”
材料科学与工程系的Seungbum Hong教授说：“在这种分析技术中，使用原子力显微镜，有助于定量了解复合材料的每个成分对最终性能产生的影响。我们的方法不仅为在多尺度基础上设计下一代全固态电池提供新的方向，也为其它电化学材料的创新制造奠定了基础。”
15021615632