郑大金阳&物理所李泓团队: 实现锂电极内部应力原位实时监测

本文由郑州大学金阳教授团队联合中科院物理所李泓研究员等共同完成。背景：锂金属负极因其高比容量被认为是下一代储能系统的关键材料，但其实际应用受锂枝晶生长、SEI膜不稳定演化及体积膨胀等问题制约，这些与电化学-力学耦合效应密切相关。传统外置传感器无法区分正、负极局部力学贡献，易受外部约束干扰。研究目的：开发一种无约束液态电池构型，将光纤布拉格光栅(FBG)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。结论：在2 mA cm⁻²电流密度下，应力演化呈现非均匀贡献、非对称特征及迟滞效应(平均约8.2分钟)；高电流密度下应力振荡幅度降低。Li-Cu半电池中铜箔侧应力基线持续上升(死锂积累)，锂金属侧先快速下降后稳定(活性锂消耗)。研究提出机械效率(ME)概念，与库仑效率形成互补评价体系，且FBG监测区域局部结构具有近乎完全的应力恢复能力，宏观力学可逆性极强。