可充电离子电池应用十分广泛,但仍面临各种挑战,如电池工作过程中的电解质分解、固体电解质膜形成、枝晶生长等,这将它们排除在高功率和高性能应用之外。理解电化学过程中材料发生的变化,有利于提高电池的循环寿命、充放电性能,深入了解复杂电化学环境下的行为对于开发下一代可充电离子电池的先进材料至关重要。枝晶一直是离子电池的最大安全隐患,形成后会持续生长,以至于穿透电池的分隔膜,造成电池内部短路,引起电池故障甚至起火燃烧。如何从原子结构层面去认识和研究枝晶形成这一过程一直是材料科学领域的研究热点。其中,可充电锌基电池一直备受关注,因为锌是廉价和含量丰富的,同时锌金属能够在含水环境中起作用,这允许锌电池使用水基电解质,其比非水基电解质便宜并且更安全。原位液体透射电镜技术能够观察固-液界面变化,并进行纳米级成像。本实验利用课题组的液体池微加工技术,对透射电镜样品杆进行研究开发,结合电化学工作站进行电化学体系研究,在循环伏安法和恒电位法下研究锌的沉积和溶解,主要研究结果如下:(1)电化学液体池设计成三电极体系,对电镜样品杆设计加工,结合电化学工作站,通过测试证实该论文实验体系的可行性。(2)循环伏安法(-0.7 V-0 V)和恒电位法(-0.7 V)实验条件下,锌枝晶的沉积和溶解过程有助于理解枝晶生长与电位和浓度之间的关系,观察到电极表面锌化的过程,并在枝晶溶解的过程中,观察到死锌的出现;(3)恒电位法(-0.7 V)实验条件下,观察到纳米笼的生长,纳米笼的二维投影面积与时间呈一次线性关系,β值为0.5,可知纳米笼的生长为扩散控制。(4)恒电位法(-0.7 V)实验条件下,观测到纳米粒子从溶液中运动到枝晶表面,随后与枝晶结合继续生长;运动过程中速度出现由增递减的趋势,认为与固-液界面双电层有关。(5)循环伏安法(-0.7 V-0 V)实验条件下,观察到枝晶表面纳米粒子的生长与电位相关,可知此为电化学反应,而非电子束效应。