突破電池瓶頸！科學家揭開「介面失效」之謎

由化學家馮林（Feng Lin）和路易斯·麥德森（Louis Madsen）率領的研究團隊，成功開發出一項革命性技術，能夠深入觀察電池內部最難觸及的關鍵區域——電極與電解質的接觸介面。這項突破性發現已刊登於頂尖期刊《自然奈米科技》。

「電池介面存在許多長期未解的難題。」該研究第一作者、化學博士生鄭基旻（Jungki Min）解釋：「我們一直在尋找方法，希望能更精準掌控這些深藏內部的接觸面。」有趣的是，這項能窺探運作中電池內部的新成像技術，其實是團隊在研究新型電解質配方時意外發現的。

電解質如同電池的「夾心餡料」，夾在正負極之間負責傳輸帶電粒子（離子）。這種關鍵材料可採用鹽類、溶劑和新增劑的不同組合，形態也千變萬化——可能是液態、固態、凝膠狀，甚至具有隨環境改變軟硬度的「多相」特性。

究竟哪種材料最適合擔負傳導電荷的重任？這正是當前科學界最熱門的議題之一。答案將直接影響新一代高能量電池的發展，這些電池需要具備更長壽命、極端溫度下的穩定性，對電動車、家電乃至人工智慧等領域都至關重要。

為此，馮林與麥德森特別關注一種「多相聚合物電解質」。這種材料不僅能讓同體積電池儲存更多能量，相較傳統電池還更安全、成本更低。麥德森實驗室早在2015年就發現名為「分子離子複合材料」的多相電解質，兩團隊持續合作開發基於此配方的鋰電池與鈉電池，並不斷取得進展。

但研究過程也面臨挑戰：在電解質與電極相遇的「電池百慕達三角區」，常會出現異常增生與失效現象。為找出介面異常的原因，鄭基旻過去幾年多次前往布魯克海文國家實驗室，運用該機構珍貴的軟X射光束線進行分析——這項裝置雖常用於隕石與真菌研究，卻從未用於觀察聚合物電解質。

結合多種成像技術的結果，團隊終於揪出問題根源：電池在充放電迴圈中，部分結構支撐系統會逐漸劣化，最終導致失效。這項發現不僅是簡單的故障診斷，更讓科學家首次能同時觀察隱藏介面的精細結構與化學反應。

「這是跨實驗室合作的重大成果。」擁有哈里斯學者頭銜的馮林表示：「我們現在掌握了清晰的機理影象，能據此設計出更優異的固態聚合物電池介面結構。」這項突破將為下一代能源儲存技術開闢全新道路。