通過更好地了解鋰電池工作的復(fù)雜性，科學(xué)家們可以找到改善其性能的方法。而來自劍橋大學(xué)的科學(xué)家們，剛剛開發(fā)出了一款強大的新工具麻诀。在昨日發(fā)表于《自然》雜志的研究論文中蝴乔，其介紹了針對《電池中單粒離子動力學(xué)的可操作光學(xué)追蹤》丐鸽。這套新穎且低成本的顯微技術(shù)痒脊，首次為我們揭示了鋰離子的微觀工作。

研究配圖 - 1：LCO 電極的電化學(xué)性能與干涉散射顯微鏡

研究團隊希望此類觀察結(jié)果捂旨，有助于加速智能機 / 電動汽車動力電池的研發(fā)秉唇，讓未來的我們可以用上只需極短的時間，即可完成充電的新型電池憨琅。

論文合著者漆勉、來自劍橋大學(xué)的 Christopher Schnedermann 博士表示：“優(yōu)質(zhì)電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏取⒒蛘吒斓某潆娝俣刃鸾鳎诶硐氲那闆r下温鸽，我們希望兼而有之”。

研究配圖 - 2：電池運行期間手负，活性例子的光學(xué)響應(yīng)涤垫。

不過在使用新材料打造更好用的電池之前，我們需要對現(xiàn)有的電池加以改進竟终，并深入了解其內(nèi)部到底發(fā)生了什么蝠猬。

尷尬的是，目前只有使用昂貴统捶、復(fù)雜的設(shè)備榆芦，才能達(dá)到這一目的 —— 比如動用電子顯微鏡、或者極其強大的同步加速 X 射線機（其強度是典型 X 射線機的數(shù)十萬倍）喘鸟。

研究配圖 - 3：脫鋰 / 鋰化時的雙相相變行為

研究一作 Alice Merryweather 解釋稱匆绣，對于科學(xué)家們來說，想要研究鋰電池在現(xiàn)實世界條件下真實發(fā)生的內(nèi)部過程迷守，那樣也算不上是一種切實可行的方法。

“基本上娩伴，你必須讓顯微鏡同時做兩件事 —— 除了觀察電池在數(shù)小時內(nèi)的充放電脯纽，還需要非常迅速地捕捉電池內(nèi)部發(fā)生的過程”。

研究配圖 - 4：施加各種電流密度下的雙相相變行為

為取得突破靠牙，劍橋大學(xué)科學(xué)家們利用了一種被稱作干涉散射顯微鏡的成像技術(shù)尽架。通過分析參考光束與散射光的相互作用，即可對微小物體進行同步測量和成像。

基于此糜罢，研究團隊得以實時對鈷酸鋰電極內(nèi)的單個粒子進行成像熏虱，并且揭示了一些有趣的行為。比如在充放電過程中蛹吱，鋰離子在進出時發(fā)生相變的顆粒邊界（這點與設(shè)備的充電率有很大關(guān)系）浓盐。

研究配圖 - 5：Li0.5CoO2 組成的單斜畸變動力學(xué)（有無形成域的對比）

通過簡單地觀察這種機制，并設(shè)法對相關(guān)過程進行操縱晨每，也是我們向著提升電池性能而邁出的重要一步倚胀。帶領(lǐng)這項研究的 Akshay Rao 博士稱：

“我們發(fā)現(xiàn)鋰離子電池有不同的速度限制，且這取決于它是在充電還是放電所脉。比如在充電過程中可款，其速率取決于鋰離子通過活性材料顆粒的速度。而在放電時克蚂，它又取決于例子在邊緣進入的速度”闺鲸。