研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種基于實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單技術(shù)，使他們能夠觀察鋰離子電池內(nèi)部，并在電池充電和放電時(shí)實(shí)時(shí)跟蹤鋰離子的移動(dòng)，這在以前是不可能的。利用這種低成本的技術(shù)，研究人員確定了限制充電速度的過(guò)程，如果得到解決，可以使大多數(shù)智能手機(jī)和筆記本電腦的電池在短短5分鐘內(nèi)完成充電。

根據(jù)刊登在《自然》雜志上的相關(guān)論文顯示，來(lái)自劍橋大學(xué)的研究人員說(shuō)，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(kāi)發(fā)，這是過(guò)渡到無(wú)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(shì)，例如與其他電池和能源儲(chǔ)存手段相比，其能量密度相對(duì)較高，壽命較長(zhǎng)，但它們也可能過(guò)熱甚至爆炸，而且生產(chǎn)成本相對(duì)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(gè)主要的清潔技術(shù)中廣泛使用：電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模的太陽(yáng)能發(fā)電存儲(chǔ)。

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(shí)條件下實(shí)時(shí)跟蹤和了解功能材料中發(fā)生的過(guò)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(fèi)時(shí)又昂貴。

劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(guò)程。使用這種技術(shù)，他們能夠通過(guò)測(cè)量散射光的數(shù)量來(lái)觀察鋰鈷氧化物(通常稱為L(zhǎng)CO)單個(gè)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(dòng)和變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)邊界的機(jī)制是不同的，這取決于電池是在充電還是在放電。

充電時(shí)，速度取決于鋰離子能以多快的速度通過(guò)活性材料的顆粒。當(dāng)放電時(shí)，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(jī)制，將使鋰離子電池的充電速度大大加快。