电池性能在很大程度上受单个电极颗粒的不均匀性和故障影响。了解纳米级的反应机制和故障模式是推进电池技术和延长电池寿命的关键。然而，由于现有传感方法的局限性，捕捉这种规模的实时电化学变化仍然具有挑战性，这些方法缺乏必要的空间分辨率和灵敏度。

量子传感方法捕捉电池中纳米级电化学变化

现在，中国科学院物理研究所索留民团队和刘刚琴团队的研究人员开发了一种基于金刚石氮空位(NV)中心的量子传感方法。

这项研究题为“ Operando量子传感捕捉电池中纳米级电化学变化”，于9月10日发表在《Device》杂志上。

NV 传感器提供1nm 至 1μm 的空间分辨率，并且对温度、应力和磁场的变化敏感，对于实时、无损监测电池电极颗粒具有巨大潜力。

研究人员利用量子传感系统与电池相结合的集成装置，实现了对纳米级活性物质颗粒的原位监测，并以 Fe3O4电极为代表。

他们的研究结果揭示了放电过程中从Fe3O4到FeO再到 Fe 的不均匀相变，并且不同区域之间存在明显的微观动力学差异。

该研究还揭示了 Fe 粒子中的超顺磁行为。

本研究还通过多线程传感揭示了电极内磁场和温度分布的显著差异。

这些结果证明了金刚石 NV 中心对电极内纳米级区域的大面积、高分辨率表征的潜力，为材料行为和失效机制提供了新的见解。