剑桥大学发明新光学显微镜技术助力开发下一代电池

清洁高效的储能技术对于建立可再生能源基础设施非常重要。锂离子电池已在个人电子设备中占据主导地位，并有望在可靠的电网级存储和电动汽车中得到广泛应用。但锂离子电池仍需进一步发展，提高充电率和使用寿命。

为了帮助开发充电速度更快、续航时间更长的电池，科学家需要能够了解电池运行的内部过程，以确定电池性能的限制。目前，活性电池材料的可视化需要复杂的同步加速器X射线或电子显微镜技术，但这些技术复杂且成本高，通常无法快速成像以捕捉快速充电电极材料的快速变化。因此，单个活性粒子的长度尺度和商业上相关的快速充电速率下的离子动力学在很大程度上仍未被发现。

据国外媒体报道，剑桥大学的研究人员开发了一种基于实验室的低成本光学显微镜技术来研究锂离子电池，克服了上述问题。研究人员检查了Nb14W3O44的单个颗粒，这是目前充电最快的阳极材料之一。可见光通过一个小玻璃窗发送到电池，使研究人员能够在现实的非平衡条件下实时观察活性粒子中的动态过程，从而揭示通过单个活性粒子导致内部应变的前驱体锂浓度梯度。

颗粒破碎是电池的问题之一，因为它会导致碎片的电气断开，从而降低电池的存储容量。论文合著者、剑桥大学卡文迪什实验室的克里斯托弗·施奈德曼博士(Dr Christoph Schnedermann)表示:“这种自发事件对电池产生了严重影响，但之前一直无法进行实时观测。”

这项技术具有许多优点，包括快速数据采集、单粒子分辨率和高通量，因此它可能有助于进一步探索电池故障的内部情况以及未来如何预防。这项技术可以用于研究几乎所有类型的电池材料，使其成为下一代电池开发的重要组成部分。