实时跟踪锂离子在充放电中的移动过程

　　研究人员已经开发出一种基于实验室的简单技术，使他们能够观察锂离子电池内部，并在电池充电和放电时实时跟踪锂离子的移动，这在以前是不可能的。利用这种低成本的技术，研究人员确定了限制充电速度的过程，如果得到解决，可以使大多数智能手机和笔记本电脑的电池在短短5分钟内完成充电。

　　根据刊登在《自然》杂志上的相关论文显示，来自剑桥大学的研究人员说，他们的技术不仅有助于改进现有的电池材料，而且可以加速下一代电池的开发，这是过渡到无化石燃料世界中需要克服的最大技术障碍之一。

　　虽然锂离子电池具有不可否认的优势，例如与其他电池和能源储存手段相比，其能量密度相对较高，寿命较长，但它们也可能过热甚至爆炸，而且生产成本相对较高。此外，它们的能量密度远远不能与汽油相比。到目前为止，这使得它们不适合在两个主要的清洁技术中广泛使用：电动汽车和电网规模的太阳能发电存储。

　　为了改进锂离子电池并帮助它们更快地充电，研究人员需要在现实条件下实时跟踪和了解功能材料中发生的过程。目前，这需要复杂的同步辐射X射线或电子显微镜技术，这些技术既费时又昂贵。

　　剑桥大学团队开发了一种称为干涉散射显微镜的光学显微镜技术，以观察这些过程。使用这种技术，他们能够通过测量散射光的数量来观察锂钴氧化物（通常称为LCO）单个颗粒充电和放电情况。他们能够看到LCO在充放电循环中经历了一系列的相变。随着锂离子的进出，LCO颗粒内的相界发生了移动和变化。研究人员发现，移动边界的机制是不同的，这取决于电池是在充电还是在放电。

　　充电时，速度取决于锂离子能以多快的速度通过活性材料的颗粒。当放电时，速度取决于离子在边缘插入的速度。如果我们能控制这两种机制，将使锂离子电池的充电速度大大加快。