开云电子（中国）官方网站融媒体中心讯 1月22日，国际著名期刊《Light: Science & Applications》在线发表了开云电子（中国）官方网站物理与光电工程学院郭团研究员与麦耀华教授、香港科技大学黄加强教授、加拿大科学院肖高智教授为共同通讯作者的“基于超灵敏倾斜光纤布拉格光栅传感器对锂金属电池中锂枝晶形成原位监测”研究成果，开云电子（中国）官方网站博士研究生韩喜乐、钟海副研究员、李凯伟副研究员和博士研究生薛小斌为论文的共同第一作者，该工作由开云电子（中国）官方网站、香港科技大学和加拿大国家科学院相关团队合作完成。

（论文截图）

随着煤炭、石油等传统化石能源的过度使用，环境污染和能源短缺对现代能源系统提出了严峻的挑战。在全球“碳中和”目标的驱动下，如何开发先进的能量存储系统是获取可再生能源的关键。可充电锂金属电池被认为是下一代超高能量密度储能电池的理想选择。然而，锂金属电池面临的最核心安全瓶颈是，在高能量转化条件下极其活跃的锂金属离子极易形成枝晶，导致电池容量衰减、短路甚至引发热失控。因此，深入理解锂金属电池的枝晶生长机制，对于优化电极界面设计、预防热失控发生具有重要的指导作用。然而，现有的锂枝晶监测手段大多依赖于外部非原位的大型表征设备，难以实时精确捕捉锂枝晶生长的内部电化学特征参量，阻碍了对实际工作条件下锂枝晶生长的准确判断。因此，迫切需要发展一种在电池实际工作过程中可实时、原位、在线监测锂枝晶生长状态的电池检测新技术。

（锂金属电极界面锂枝晶生长与传质动力学原位监测）

为攻克这一科学难题，团队提出了一种可植入锂金属电池内部的光纤电化学原位监测技术。在不影响锂电池正常运行的情况下，实现了纳米尺度下锂离子传质动力学过程和锂枝晶的生长状况的原位、实时、精准监测。团队通过植入的倾斜光纤布拉格光栅（TFBG）传感器，厘清了锂金属电池枝晶生长规律，精确量化了传质速率由非稳态过渡到稳态的动态变化过程，揭示了不同输运机制条件下（如离子导体、电子-离子混合导体和电子导体），人工固态电解质界面膜（SEI）对锂枝晶调控机制的特征规律，为明确锂枝晶的生长机制提供了重要依据。基于上述测量手段，团队进一步提出了综合评估SEI调控膜的新方法，为设计长寿命和高安全性的锂金属电池提供了新的思路。

郭团课题组长期聚焦于先进光纤传感器在电池安全检测与性能评估领域的机理创新与技术应用，在该领域发表Nat. Commun.（4篇）、Light Sci. Appl.（4篇）、Adv. Opt. Photonics、Energy Environ. Sci.等期刊发表SCI论文150余篇，入选美国光学学会会士，获得IEEE仪器与测量学会2018年度科技奖和2022年度最佳应用奖，得到了国家自然科学基金重点项目和国家优秀青年基金项目等资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01346-5

责编：苏倩怡