鋰離子電池是目前***為廣泛利用的***種二次電池，其具有能量密度大、自放電率低、電勢(shì)差高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池已在許多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用,如手機(jī)、電動(dòng)汽車、衛(wèi)星、飛船、水下機(jī)器人等。但是，鋰電子電池并非沒(méi)有缺點(diǎn)，其在功率密度、充電速度、使用壽命等方面還有改進(jìn)的空間。
 
要想改善其性能，***先必須借助設(shè)備了解鋰電池的內(nèi)部工作機(jī)制。然而，目前只有使用昂貴、復(fù)雜的設(shè)備，才能達(dá)到這***目的，比如動(dòng)用電子顯微鏡、或者極其強(qiáng)大的同步加速X 射線機(jī)(其強(qiáng)度是典型 X 射線機(jī)的數(shù)十萬(wàn)倍)。也就是說(shuō)，想要研究鋰電池在現(xiàn)實(shí)條件下真實(shí)發(fā)生的內(nèi)部過(guò)程，是***件較為困難的事情。
 
針對(duì)這***問(wèn)題，來(lái)自劍橋大學(xué)的科學(xué)***們利用干涉散射顯微鏡的成像技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了***款新型顯微鏡。該顯微鏡不僅可以觀察電池在數(shù)小時(shí)內(nèi)的充放電情況，還可以迅速地捕捉電池內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程。
 
該工具通過(guò)分析光束與散射光的相互作用，可以對(duì)微小物體進(jìn)行同步測(cè)量和成像。基于此，研究團(tuán)隊(duì)得以實(shí)時(shí)對(duì)鈷酸鋰電極內(nèi)的單個(gè)粒子進(jìn)行成像，并且揭示了***些有趣的行為。比如在充放電過(guò)程中，鋰離子在進(jìn)出時(shí)發(fā)生相變的顆粒邊界(這點(diǎn)與設(shè)備的充電率有很大關(guān)系)。
 
此外，研究人員還發(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。比如在充電過(guò)程中，其速率取決于鋰離子通過(guò)活性材料顆粒的速度；而在放電時(shí)，它又取決于例子在邊緣進(jìn)入的速度。通過(guò)觀察這些機(jī)制，并對(duì)相關(guān)過(guò)程進(jìn)行操縱，顯著提升了電池的性能。
 
總的來(lái)說(shuō)，這套新穎且低成本的顯微技術(shù)，揭開(kāi)了鋰離子的微觀工作。未來(lái)，希望該研究成果能助力智能機(jī)電動(dòng)汽車和動(dòng)力電池的研發(fā)。目前，相關(guān)論文《電池中單粒離子動(dòng)力學(xué)的可操作光學(xué)追蹤》，已發(fā)表在《自然》雜志上。

注：文章來(lái)源于儀表網(wǎng)