原位、精准测量电池内部离子的微观、瞬态动力学传输过程是全球性科学难题，对于深入理解电池储能工作机理、发展新型电池体系起到至关重要的作用。当前，科研人员仅能通过大型分析仪器对电池内部离子信息和微观反应过程进行测量，主要包括使用X射线衍射仪、中子衍射仪和拉曼光谱分析仪等。但这些设备不仅价格昂贵，而且使用条件十分苛刻，无法应用于电池使用的实际环境。因此，迫切需要发展适合于电池使用终端的原位电池检测技术。

为了攻克这一难题，我实验室海洋信息感知与融合创新团队核心成员郭团教授团队联合中山大学卢锡洪教授团队，提出一种高灵敏度等离子体共振光纤电化学传感技术，在国际上率先实现了对电池内部纳米尺度电子、离子动态分布及其储能动力学过程的实时、原位、精准测量。所使用的光纤传感器纤芯刻有倾斜光纤光栅，光纤表面镀膜纳米金膜，通过精密偏振控制，将纤芯模高效率的激发到光纤包层，再通过光纤表面金膜共振，将包层模转变为能量汇聚的等离子体共振波，从而建立了光纤内部光场与外部电场之间的耦联通道，实现光纤内部光场对表面纳米尺度电子和离子的精确测量。该团队在国际上率先实现了对“纳米尺度离子在电极表面嵌入和脱出”这一重要储能动力学过程的精准测量，为揭示电池微观工作机理、发展新型电池体系提供了重要方法支撑。同时，该等离子体共振光纤电化学传感技术也为海洋环境及海洋结构健康监测提供了更加新颖的技术手段。

电池内部等离子体光纤传感结构示意图

相关研究成果以“Operando monitoring of ion activities in aqueous batteries with plasmonic fiber-optic sensors”为题发表在期刊Nature Communications（中科院SCI一区，影响因子14.9）上。创新团队核心成员、暨南大学光子技术研究院郭团教授和中山大学卢锡洪教授为论文共同通讯作者，暨南大学王润林和中山大学张昊喆、刘琦玉以及加拿大卡尔顿大学刘甫为论文的共同第一作者，卡尔顿大学Jacques Albert教授和加拿大科学院George Xiao教授为主要合作作者。

这项工作得到了国家自然科学基金重点项目、广东省自然资源厅广东省海洋经济发展（海洋六大产业）专项资金项目及南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-022-28267-y