根據(jù)刊登在《自然》雜志上的相關(guān)論文顯示,來自劍橋大學(xué)的研究人員說,他們的技術(shù)不僅有助于改進(jìn)現(xiàn)有的電池材料,而且可以加速下一代電池的開發(fā),這是過渡到無化石燃料世界中需要克服的最大技術(shù)障礙之一。
雖然鋰離子電池具有不可否認(rèn)的優(yōu)勢,例如與其他電池和能源儲存手段相比,其能量密度相對較高,壽命較長,但它們也可能過熱甚至爆炸,而且生產(chǎn)成本相對較高。此外,它們的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與汽油相比。到目前為止,這使得它們不適合在兩個主要的清潔技術(shù)中廣泛使用:電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模的太陽能發(fā)電存儲。
為了改進(jìn)鋰離子電池并幫助它們更快地充電,研究人員需要在現(xiàn)實條件下實時跟蹤和了解功能材料中發(fā)生的過程。目前,這需要復(fù)雜的同步輻射X射線或電子顯微鏡技術(shù),這些技術(shù)既費時又昂貴。
劍橋大學(xué)團(tuán)隊開發(fā)了一種稱為干涉散射顯微鏡的光學(xué)顯微鏡技術(shù),以觀察這些過程。使用這種技術(shù),他們能夠通過測量散射光的數(shù)量來觀察鋰鈷氧化物(通常稱為LCO)單個顆粒充電和放電情況。他們能夠看到LCO在充放電循環(huán)中經(jīng)歷了一系列的相變。隨著鋰離子的進(jìn)出,LCO顆粒內(nèi)的相界發(fā)生了移動和變化。研究人員發(fā)現(xiàn),移動邊界的機制是不同的,這取決于電池是在充電還是在放電。
充電時,速度取決于鋰離子能以多快的速度通過活性材料的顆粒。當(dāng)放電時,速度取決于離子在邊緣插入的速度。如果我們能控制這兩種機制,將使鋰離子電池的充電速度大大加快。