陈根：借助新设备，锂电池性能有望改善

文/陈根

锂离子电池是目前最为广泛利用的一种二次电池，其具有能量密度大、自放电率低、电势差高、循环寿命长等优点。锂离子电池已在许多领域实现应用,如手机、电动汽车、卫星、飞船、水下机器人等。但是，锂电子电池并非没有缺点，其在功率密度、充电速度、使用寿命等方面还有改进的空间。

要想改善其性能，首先必须借助设备了解锂电池的内部工作机制。然而，目前只有使用昂贵、复杂的设备，才能达到这一目的，比如动用电子显微镜、或者极其强大的同步加速 X 射线机（其强度是典型 X 射线机的数十万倍）。也就是说，想要研究锂电池在现实条件下真实发生的内部过程，是一件较为困难的事情。

针对这一问题，来自剑桥大学的科学家们利用干涉散射显微镜的成像技术，开发出了一款新型显微镜。该显微镜不仅可以观察电池在数小时内的充放电情况，还可以迅速地捕捉电池内部发生的过程。

该工具通过分析光束与散射光的相互作用，可以对微小物体进行同步测量和成像。基于此，研究团队得以实时对钴酸锂电极内的单个粒子进行成像，并且揭示了一些有趣的行为。比如在充放电过程中，锂离子在进出时发生相变的颗粒边界（这点与设备的充电率有很大关系）。

此外，研究人员还发现锂离子电池有不同的速度限制，且这取决于它是在充电还是放电。比如在充电过程中，其速率取决于锂离子通过活性材料颗粒的速度；而在放电时，它又取决于例子在边缘进入的速度。通过观察这些机制，并对相关过程进行操纵，显著提升了电池的性能。

 总的来说，这套新颖且低成本的显微技术，首次揭开了锂离子的微观工作。未来，希望该研究成果能助力智能机电动汽车和动力电池的研发。目前，相关论文《电池中单粒离子动力学的可操作光学追踪》，已发表在《自然》杂志上。