从研发的角度来看，电池是一个主要的难题。因为它们大多是“黑匣子”，很难观察到它们在运作时内部发生了什么，破坏性的解剖与现场探索截然不同，也没有那么深刻。然而，一个来自哥伦比亚大学的团队通过使用拉曼散射显微技术解决了这一缺陷。拉曼散射显微技术是一种先进的光谱学电光技术，广泛应用于生物医学测试、化学过程研究和材料科学。
他们的论文“用受激拉曼显微镜观察阴离子耗竭和锂生长的Operando和三维可视化”,发表在自然通讯，详细描述了他们如何使用这种方法来研究一个长期存在的问题:电池中锂离子的浓度与不均匀的锂沉积有何关系?离子输运的可视化具有重要意义，因为它可以提供深入了解电解质运动和转变的动力学。此外，他们能够发展新的理解，甚至在他们的安排的基础上得出可能的结论。
理论上，使用纯锂作为电池电极将提高其效率，但电极附近不均匀的离子通量是有害的，会促进有害的枝晶状晶体的成核和生长，从而降低效率(甚至可能导致危险的短路)。研究的挑战是通过成像离子本身的运动来测量这些晶体的生长，但这是一个非常困难的目标，因为它们的浓度低，反应时间快。
受激拉曼散射
这就是受激拉曼散射(SRS)提供的一种新方法。在非受激的自发技术中，测量目标分子自发光子散射的能量，从而揭示其固有振动频率(见图)．(注:为避免混淆，自发拉曼散射为不叫SRS)。在受激散射变化中，同步泵浦激光束和扫描波长斯托克斯激光束结合，并与样品相互作用，产生相干光响应。
在自发拉曼散射中，只使用一个激光器(绿色，实线所示);在SRS中，两种不同的激光器(绿/红，实线)同时使用，产量可达108(a).在SRS成像下的Li-Li对称电池的示意图中，两种激光器分别是泵浦激光器和Stokes激光器(b)。Li-Li对称电池的图像(上)和放大显微镜的图像(下)中，红色的，短线矩形表示成像区域，而分子结构为研究中使用的LiBOB盐(c)。在凝胶电解质的SRS光谱中，插图显示1830 cm处拉曼强度之间的线性浓度依赖关系1(虚线圈)和从0 M到0.5 M的LiBOB浓度(d)。
通过测量撞击光束扫过时的振动共振，可以发现目标分子的详细“指纹”。所使用的受激拉曼散射装置将相当缓慢的标准自发拉曼散射速度提高了八个数量级。该方法具有大于0.5 mM的灵敏度、2 μ s/pixel的快速成像速度和300-500 nm的分辨率。
研究成果
在实验中，研究小组测量了负离子响应强度，这相当于锂离子浓度的“模拟物”，因为它们的浓度与锂离子浓度相似(相差小于0.1 mM)，并与锂离子结合。结果表明，离子浓度的不均匀增长是一个多阶段的正反馈机制。那些浓度较高的区域生长速率较高，这反过来又导致不需要的枝晶的浓度进一步增加和生长速率加快。
这一认识也促使他们开发了一种可能的方法来缓解这个问题。研究人员开发了一种磷酸锂(Li3.阿宝4)作为一种人工的固体电解质间相，其硬度足以抑制电极上多余的突出物。它的作用是作为一种化学缓冲器，使局部锂离子浓度更加均匀，并阻断了正反馈回路，从而在不影响电压充放电剖面的情况下降低了晶体生长速率。
除了分析结果和见解之外，研究人员还证明了这种受激拉曼技术提供了一种有价值和可行的成像工具。它可以用于研究电池研究中的离子运输和过程，甚至可以扩展到观察材料分离、封闭通道中的离子运动动力学和相关的催化过程。
