样机免费体验！原位电池电荷成像系统，开启单颗粒原位动态分析新体验
发布日期：2026-04-03
新能源材料研发已步入精细化研究的关键阶段，非原位表征无法捕捉动态瞬态过程、XRD等整体平均测试难以分辨单颗粒行为、大型仪器成本高且操作复杂等问题，正成为众多科研团队突破电池材料机理研究、性能优化的核心阻碍。由剑桥大学团队研发的高分辨原位电池电荷成像系统-illumionONE样机正式开放免费体验活动，这款设备以单颗粒原位动态观测、毫秒级瞬态过程捕捉、微观 - 宏观数据联动分析的核心能力，直击电池材料研究的难题，无需大型昂贵仪器，即可让电池内部离子动力学、颗粒形态变化等原本不可见的过程清晰可溯，为科研工作者的机理研究、成果突破提供全新的精准数据支撑与研究视角。现诚邀电池领域的工作者莅临体验，本次活动仅限50 人，席位有限，先到先得，抢先借助前沿技术破解研发瓶颈，加速科研成果转化。
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作为聚焦电池材料精准分析的前沿设备，illumionONE以单颗粒水平的实时光学跟踪能力为核心突破点，彻底打破传统检测设备的技术桎梏。区别于传统检测需依赖同步加速器X光或电子显微镜等大型昂贵仪器，且无法实现原位动态观测的弊端，该设备基于创新的电荷光度法（charge photometry），通过光学干涉散射（iSCAT）显微镜技术，可在电池运行过程中，实时捕捉活性颗粒内的电荷分布、锂离子/钠离子扩散及形态变化，让原本不可见的电池内部动力学过程变得清晰可溯，为研发工作提供直观、精准的核心数据支撑。
核心优势：
突破传统技术缺陷，捕捉毫秒级动态过程：解决了非原位表征（如 SEM）无法捕捉动态瞬态过程、和整体平均测试（如 XRD）无法分辨单颗粒行为差异的问题，其颠覆性的实时观测能力，如同“超高速度的显微镜”，可同步追踪电池充放电过程中颗粒的荷电状态与形貌变化，能够在单颗粒层面捕捉毫秒级的快速动态过程；
多维度同步检测，实现分析闭环：可同时获取活性颗粒信息与集成恒电位仪同步采集的电化学数据；
普适性强：不受电池底层化学体系限制，可广泛应用于多种电极材料研究；
台式设计，操作简易方便：台式光学成像系统，通过磁性卡盒实现扣式电池的快速、简便装夹，和实验室扣式电池测试模式及性能一致。
图1. 高分辨原位电池电荷成像系统-illumionONE
主要检测与分析对象：
活性颗粒内部局域离子不均匀性
离子动力学
颗粒开裂
单颗粒体积变化
单颗粒层面充放电速率差异
其核心价值在于，能够在电池运行过程中，将颗粒尺度的电化学活性与形貌和电芯尺度的循环性能深度关联，为电池材料性能衰减机理、快充性能优化、电极材料改性等核心研发方向，提供全新的研究视角与数据支撑，开辟了电池材料精细化研发的广泛潜在应用场景。
典型应用案例简介：
1. 不同充电速率下电极电化学活性差异的可视化
图2. (a) 两个代表性活性颗粒 A 和颗粒 B；(b) C/3 倍率（3 小时）充电条件下颗粒 A 与颗粒 B 的电压 - 时间曲线及对比度曲线；(c) 2C 倍率（30 分钟）充电条件下颗粒 A 与颗粒 B 的电压 - 时间曲线及对比度曲线。在快充倍率下，可明显观察到两个颗粒之间 （脱）嵌锂速率存在显著差异 。
2. 锂离子浓度梯度的形成及其导致的容量衰减
图3. 嵌锂接近结束时，从电荷光度法视频中截取的单晶 NMC 颗粒图像。对于 NMC 材料，检测到的光强越高（红色标示），代表材料脱锂程度越高；光强越低（蓝色标示），则代表嵌锂程度越高。可以清晰观察到在嵌锂末期，颗粒内部富锂区与贫锂区的形成过程。
3. 钠离子动力学与充放电速率差异
图4. 电荷光度法可追踪 O3→P3 相变在单个 NFM 颗粒中的传播过程。在 C/10 倍率充电期间拍摄的电荷光度法视频快照显示，相界从颗粒顶部向底部推进。对于该特定颗粒，相变在 5 分钟内完成，时间尺度远短于整体电化学所反映的结果。这凸显了电荷光度法能够捕捉到整体平均分析无法察觉的单颗粒充电差异。
4. 锂离子动力学与老化
图 5. 脱锂初期从电荷光度法视频中截取的 NMC 单晶颗粒快照显示，新鲜 NMC 活性颗粒（a、b）呈现对称脱锂行为（红色表示归一化光强变化更高，即脱锂程度更高）。相比之下，老化后的 NMC 活性颗粒（c、d）脱锂行为不对称。
5. 容量衰减机理推导 —— 力学性能衰减
图6. 利用电荷光度法实时观测颗粒开裂过程的连续图像。
图 7. 对于 NWO 材料，散射更亮的碎片中含有更高浓度的被捕获锂。
6. Si负极体积膨胀
图 8. 电荷光度法实验中，被标记的硅颗粒 P1、P2 和 P3（上图）在循环过程中随时间（下图）表现出明显的体积变化（中图）。
部分文章发表：
Nature, 2021, 594, 522-528
Joule, 2022, 6, 2535-2546
Nat. Mater., 2022, 21, 1306-1313
Energy Environ. Sci., 2025,18, 6032-6042
Energy Environ. Sci., 2025, 18, 4097-4107
J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 4, 4097–4109
J. Electrochem. Soc. 2026, 173, 010505
Energy Environ. Sci., 2026,19, 1341-1351
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样机体验，解锁前沿研发技术
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