電池性能的好壞對(duì)電子設(shè)備來說至關(guān)重要。充電時(shí)間短、持續(xù)時(shí)間長，是所有人對(duì)目前廣泛使用的鋰離子電池的期望。最近，美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員合作，開發(fā)出一種新的X射線顯微鏡（STXM）技術(shù)，可細(xì)致地觀察鋰離子電池充放電過程中的粒子活動(dòng)情況，這或有助于開發(fā)出性能更強(qiáng)大的鋰離子電池。
電池充放電過程研究
研究小組在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們利用伯克利實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源，專門設(shè)計(jì)制造了一個(gè)“液體電化學(xué)射線顯微鏡納米成像平臺(tái)”，可一次對(duì)30個(gè)粒子進(jìn)行成像。研究人員稱，與過去所用的透射電子顯微鏡（TEM）相比，新平臺(tái)具有更大的視野和更強(qiáng)的穿透性，能讓使用者實(shí)時(shí)觀察一些化學(xué)特異性變化情況。
研究小組利用這一平臺(tái)對(duì)磷酸鐵鋰粒子在充放電過程中的活動(dòng)模式進(jìn)行了觀察、成像，詳細(xì)記錄了粒子化學(xué)成分演變及化學(xué)反應(yīng)速率等情況。他們發(fā)現(xiàn)，粒子表面的充電過程并不均勻，會(huì)隨著時(shí)間的推移越來越差。
理論上，電池充電時(shí)，帶正電的鋰離子均勻地布滿電極表面的狀況最理想，但實(shí)際上這種情形很難出現(xiàn)，尤其是電池老化后更是如此。
電池粒子充電機(jī)制
研究人員表示，新技術(shù)平臺(tái)使他們可以在介觀尺度對(duì)電池的動(dòng)態(tài)活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，要做到這一點(diǎn)很難但很重要。有了這一技術(shù)，他們有能力實(shí)時(shí)解析粒子化學(xué)成分和電流密度的變化情況，研究電池的充放電過程，并對(duì)單個(gè)電池粒子內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像，這對(duì)更好地理解電池的充電機(jī)制和優(yōu)化電池性能很有幫助。
目前，該研究小組正在設(shè)計(jì)更高精度的X射線顯微鏡，其目標(biāo)分辨率將達(dá)到1至5個(gè)納米。