電池性能的好壞對電子設(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”，可一次對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對磷酸鐵鋰粒子在充放電過程中的活動模式進(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)平臺使他們可以在介觀尺度對電池的動態(tài)活動進(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，并對單個(gè)電池粒子內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像，這對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。