光纤传感"透视"锂金属电极——实时监测电化学-力学耦合行为

背景：锂金属负极因其高理论比容量被认为是下一代高能量密度电池的关键材料，但实际应用受限于锂枝晶生长、SEI不稳定演化、死锂形成及体积膨胀等问题，这些均与电化学-力学耦合效应密切相关。传统力学传感器只能获取宏观信息，难以区分局部应力贡献。研究目的：本研究开发了一种无约束液态电池构型，首次将光纤布拉格光栅传感器直接植入锂金属电极内部，实现对电极内部应力的原位实时监测，以揭示锂沉积/溶解过程中的应力演化规律及电化学-力学耦合行为。结论：研究发现了应力演化的非均匀性、迟滞效应和充放电末端的应力突变等新现象，并提出了机械效率（ME）这一新参数，用于评估电极结构稳定性。实验发现局部ME接近100%而宏观库仑效率仅73%，表明通过力学调控优化局部沉积-溶解可逆性是提升电池性能的潜在路径。应力曲线的高相关性还提示锂金属可能存在“结构记忆”行为，为未来电池寿命预测模型提供了实验依据。