电池为从智能手机到电动汽车等各种设备提供动力，其性能取决于电极和电解质之间的关键界面。宾夕法尼亚州立大学和行业研究人员已经开发出一种以更高分辨率观察该界面的方法，这可能会揭示出提高电池效率和寿命的新方法。

他们在《美国化学会志》上发表了他们的研究成果。

电极是一种导体，如金属棒或金属板，充当一种通道，允许电流进出电池。电池有两种类型：阳极，即负极，和阴极，即正极。电解质是在阳极和阴极之间传导离子的液体介质，使电流能够流动。

电极-电解质界面是固体电极和液体电解质相遇的边界。该界面影响离子和溶剂分子如何积累、消耗和转移电荷，对电池性能起着至关重要的作用。

能源与矿物工程研究生助理、该研究的第一作者赖建伟表示，了解这种界面的行为，特别是双电层 (EDL)，对于设计更高效、更耐用的电池至关重要。

“EDL 控制离子迁移和电子转移，从而实现电池中的电化学反应，”Lai 说道。“这就是为什么研究双层是重中之重——它可以直接影响电池性能。”

然而，挑战在于，这种电极-电解质双层存在于极微小的尺度上，并且高度动态，会根据施加的电压改变结构。随着电压的变化，层中的离子和分子的排列也会发生变化。

电极-电解质层的变化会降低电池的效率，减少其能量存储并缩短其寿命，例如当离子卡在错误的位置时会减慢电流的平稳流动，类似于交通堵塞会使高速公路上的汽车速度减慢。

“EDL 的尺寸约为纳米级，因此很难表征，”Lai 解释道。“而且其结构不是静态的——它高度依赖于施加的电荷，这使得直接研究它非常具有挑战性。”

过去，科学家使用理论模型来了解 EDL 的结构。伏安法、传统电毛细管现象和电化学阻抗谱等传统测量方法可以提供间接但不精确的线索。Lai 表示，这对于当今电池中更复杂的系统尤其成问题，其中包括复杂的盐溶液，以帮助电池存储和释放更多能量。