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无论是锂离子电池，还是光电材料，您都可以通过我们的原位工具来研究、测试和探索新的解决方案以满足快速增长的能源需求。借助原位电子显微镜，您可以直接对纳米电池，催化剂，压电材料、光电材料和挥发性材料的性能进行成像和测量，从而量化感兴趣的反应。
电池研究的一个重大挑战是发展操作方法，以了解在能量转换和存储系统及设备的操作过程中发生的纳米级结构和化学变化，例如在电池电极或电极-电解质界面以及电极内的其他界面。电化学储能和转换系统，如可充电电池或燃料电池，将电化学能量转换成一种有用的电能形式，可用于为各种系统供电，从便携式电子设备到电动汽车。例如，在可充电锂离子电池中，锂离子通过插层、转化或合金化机制，通过液体电解质在阳极和阴极之间来回穿梭。复杂的电化学反应发生在重复的电化学充放电循环过程中（如一般的电化学过程），导致电极和固体电解质界面（SEI）内的结构和化学变化。在燃料电池中，电催化剂被用于通过一系列电化学氧化和还原反应将H2气体转化为电能。在燃料电池运行期间，有几个问题会影响燃料电池的整体性能，这些问题通常与电催化剂和支撑材料的稳定性有关。了解控制降解的基本过程是开发能量密度增加、寿命延长的储能和转换技术材料的关键。
在电化学测量过程中，通过成像（TEM和/或STEM模式）、电子衍射和/或光谱方法（如EELS、XEDS和能量过滤透射电子显微镜（EFTEM））同时捕获发生在电极或液体电解质层内的复杂界面过程。将液体流入电池的能力使高挥发性电解质得以转移。与外部恒电位仪/恒流器的界面是定量电化学测量的关键，低阻抗偏压电线和连接器确保可以测量低电流。
一种ANDC/MoS2中空双凹结构材料设计实现稳定和快速的钠化/脱钠：
二维层状材料通常面临受阻电子转移和结构稳定性差，从而限制了它们在高倍率和长期钠离子电池中的应用。在目前的研究中，我们采用有限元模拟来指导纳米结构的合理设计。
通过计算一系列碳材料的von Mises应力分布，我们发现中空双凹结构可以有效缓解膨胀引起的应力集中。
因此，我们提出了一种基于黑曲霉衍生碳 (ANDC) 的双凹缓和策略来构建具有中空双凹结构的 ANDC/MoS2。
ANDC/MoS2 作为钠离子电池的负极具有出色的长期循环性能，在循环1000次后的放电容量为 496mAhg-1。实现了94.5% 的容量保持率，与纯 MoS2纳米片相比增加了近 7 倍。即使在 5Ag-1 的高电流密度下，300 次循环后仍可保持约 400mAhg-1 的可逆放电容量。
ANDC/MoS2也可用于高效的锂存储。通过原位 TEM，我们进一步揭示了 ANDC/MoS2 的中空双凹结构能够实现稳定和快速的钠化/脱钠。
用于氧化/脱钠的原位 TEM 装置的示意图和在第1-5循环期间，ANDC/MoS2 的原位 TEM 钠化/脱钠过程
原位TEM钠化后ANDC/MoS2的TEM、HRTEM、SAED图案以及元素分布图
Shiyuan Zhou, Sangui Liu, Hong-Gang Liao. A “Biconcave-Alleviated” Strategy to Construct Aspergillus niger-Derived Carbon/MoS2 for Ultrastable Sodium Ion Storage. ACS Nano 2021, 15, 13814−13825
用于无枝晶锂金属电池的超致密锂通过原子通道的有效扩散：
快速扩散的锂在负极表面的不均匀聚集会加剧其尖端效应引起的成核/生长，导致锂金属电池 (LMB) 中的枝晶生长。调节锂在阳极表面的扩散以前被认为是诱导其均匀沉积的主流方法，而锂在阳极体中的扩散通常被忽略。该研究与经典的表面改性在概念上不同，作者提出了一种分子隧穿策略来在石墨块中构建原子通道，从而实现超密集锂的快速扩散。密度泛函理论计算和分子动力学模拟证明，通过原子通道的体扩散可能成为新的主导路径。原位透射电子显微镜进一步观察了其可逆和有效的扩散。因此，当与高负载 LiFePO4正极 (20mg cm2) 结合使用时，可在370次循环中实现高面积容量和100% 容量保持。通过这项工作，开发了一种基于超密度锂体扩散的无枝晶 LMB 的新策略，该策略可以普遍用于其他高性能储能系统。
Li电镀/剥离过程的原位TEM表征
Li@BDLC||LFP 和 Li@GC||LFP 在放电状态下的性能研究HRTEM
Shiyuan Zhou, Weixin Chen, Hong-Gang Liao, Efficient diffusion of superdense lithium via atomic channels for dendrite-free lithium–metal batteries. Energy Environ. Sci.,2022, 15, 196.
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