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发布：2026-06-01 · 事件：2026-06-01

电池会随着使用年限逐渐损失容量，但导致退化吧的微观原因，长期以来对科学家而言几乎是“看不见”的。 传统成像工具往往只能对循环后的电池进行拆解分析，而要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，始终是极具挑战的难题。 如今，这一困境迎来了突破。

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电池会随着使用年限逐渐损失容量，但导致退化吧的微观原因，长期以来对科学家而言几乎是“看不见”的。 传统成像工具往往只能对循环后的电池进行拆解分析，而要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，始终是极具挑战的难题。 如今，这一困境迎来了突破。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-localization optical nanoscopy，以下简称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，成果已发表于国际学术期刊《Nature Materials》2026年5月刊。 该技术可在约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，反应其实高度不均匀，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。 基于这一重要进展，中能传媒记者就技术突破、产业化价值以及更广泛的应用前景，独家专访毛献文。 中能传媒：金属电池被视作下一代储能体系的重要方向，但产业化受困于“寿命短、失效快”。您的这项成像技术如何解决这一瓶颈？从产业落地的角度看，锌金属电池和锂金属电池分别有怎样的应用场景？ 毛献文：金属电池的核心问题不是“能不能做出来”，而是“能不能稳定、长期、安全地工作”。它的价值在于能量密度更高、电极电位更低，但不同金属体系对应不同的产业方向。 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，比如可再生能源并网、电网侧储能、园区储能以及数据中心后备电源。目前，国际上像伊欧斯能源（Eos Energy）、锌戊能源（ZincFive）、软银集团（SoftBank）等企业已经在锌基电池的商业化上取得了实质进展。 而锂金属电池则更适合追求极致比能量的高端场景，比如长航时无人机、航空电动化、低空经济以及未来更高续航需求的电动车。 我们的工作对产业的意义，正是围绕“寿命短、失效快”这一关键瓶颈展开。 以锌金属电池为例，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，而ION技术能在单离子及亚颗粒尺度上，实时观察锌剥离反应的位置、活跃程度及区域间相互影响——过去人们只能看到整体性能下降，如今这些微观信息可为设计更稳定、更长寿命的负极材料提供直接机理依据。 中能传媒：ION技术的核心突破是什么？相比电子显微镜、同步辐射等传统高端表征手段，其独特优势是什么？如何从学术工具走向产业研发平台？ 毛献文：核心突破其实可以概括为一句话——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。 过去人们可以看到颗粒的形貌结构，可以测量整体的电化学性能，也可以在单颗粒尺度上观测浓度变化，但很难在真实的液相工作环境中，直接看清楚离子究竟在哪里生成、哪些界面位置更活跃、不同区域之间如何相互影响。 ION技术借鉴了单分子定位荧光显微成像的思想，把电池充放电过程中产生的离子与特异性的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。 这样一来，我们就能在约50纳米空间分辨率和20毫秒时间分辨率下，实时追踪单个离子的反应行为。 与电子显微镜、同步辐射等高端手段相比，ION的最大优势不是分辨率更高——实际上电子显微镜的分辨率可以更高——而是它更贴近“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，同步辐射也需要高能束流照射，这些条件很难同时保持液相电化学反应的自然状态，而且容易产生束流损伤。 而ION技术是基于光学平台的，它可以在液态、通电、长时间运行的条件下成像，对样品几乎没有损伤。此外，光学平台本身具备相对更低的成本、更高的通量和更强的可扩展性。