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本文聚焦原位单实体纳米电化学，介绍了碰撞电化学、扫描电化学池显微镜（SECCM）等技术，可在纳米尺度、亚毫秒分辨率下监测电池材料及界面的动态过程，还探讨其在电池材料研究中的应用及未来发展机遇。
引言
当今，高性能可充电电池，如金属离子、金属 - 空气和氧化还原液流电池，在个人设备、电动汽车和电网规模储能等领域有着广阔应用前景。然而，为满足对电池更长寿命和更优性能的需求，精准理解界面不稳定性、有限可逆性和形态演变的机制根源至关重要，这有助于更好地利用间歇性可再生能源。
一系列先进的表征技术已被用于全面研究电池材料。像经典电化学分析、非原位（ex - situ）显微镜、光谱学、气相监测和热分析等方法，能在不同操作条件下为电化学性能和材料结构提供有价值的信息。但电池运行涉及复杂的电化学、化学和机械过程，且发生在广泛的时间和空间尺度上。目前原位（in - situ）技术的时空分辨率不足，使得捕捉电池材料的实时动态颇具挑战。
纳米电化学在其他领域（如电催化）取得了显著进展，能实现高通量分析，助力深入理解复杂系统中的纳米界面电化学动力学和粒子间的异质性。越来越多研究表明，实时的单粒子研究对于揭示实际工作条件下电池材料的内在结构 - 活性相关性至关重要。本综述聚焦原位单实体纳米电化学的最新进展，探讨其如何为研究电池材料的瞬态电化学和化学行为以及结构演变开辟新途径。
电极 - 电解质界面电化学活性的原位研究
电化学镀和剥离反应是各类电池的基础。尽管存在安全问题，但由于固态电池研究的推动，锂金属的沉积 / 剥离再次受到关注。它也涉及现代水系金属电池，相关阳极材料的高比容量和良好的氧化还原电位使其备受瞩目。这些过程在电极 - 电解质界面的动力学研究，对于理解电池性能和寿命至关重要。碰撞电化学和扫描电化学细胞显微镜（SECCM）等技术，具有高时间分辨率，能够在纳米尺度上详细分析传质和电荷转移动力学，有助于深入探究单个电池粒子的电化学行为。
用高分辨率显微镜监测电池材料的结构演变
在各种可与电化学联用的操作（operando）技术中，光学显微镜凭借其单粒子灵敏度、高空间和时间分辨率，在揭示和量化复杂电化学系统中材料的动态结构演变方面具有巨大潜力。该部分主要关注利用光学显微镜的策略，无需分子标记（如荧光标记）即可直接观察物体，进而实现对单个粒子或固 - 电解质界面（SEI）结构变化和相变的直接成像和量化，为研究电池材料在充放电过程中的结构演变提供了有力手段。
结论与展望
纳米电化学正迅速发展成为一个具有变革性和前景的领域，可用于原位研究可充电电池中的材料 - 电解质界面、储能机制和降解过程。本综述通过展示碰撞电化学和 SECCM 等技术，突出了纳米电化学的潜力，这些技术为探测电池材料的纳米级动态电化学行为提供了高时间分辨率。未来，纳米电化学有望加速对电池机理的理解，推动合理的材料设计，助力实现下一代电池材料的自动化发现，为可充电电池领域的发展带来新的突破 。
