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X射線顯微鏡新技術:看到電池充放電粒子活動!

[導讀] 最近,美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和斯坦福大學等機構的研究人員合作,開發出一種新的X射線顯微鏡(STXM)技術,可細致地觀察鋰離子電池充放電過程中的粒子活動情況,這或有助于開發出性能更強大的鋰離子電池。

  

   電池性能的好壞對電子設備來說至關重要。充電時間短、持續時間長,是所有人對目前廣泛使用的鋰離子電池的期望。最近,美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和斯坦福大學等機構的研究人員合作,開發出一種新的X射線顯微鏡(STXM)技術,可細致地觀察鋰離子電池充放電過程中的粒子活動情況,這或有助于開發出性能更強大的鋰離子電池。

  研究小組在最新一期《科學》雜志上發表論文稱,他們利用伯克利實驗室的先進光源,專門設計制造了一個“液體電化學射線顯微鏡納米成像平臺”,可一次對30個粒子進行成像。研究人員稱,與過去所用的透射電子顯微鏡(TEM)相比,新平臺具有更大的視野和更強的穿透性,能讓使用者實時觀察一些化學特異性變化情況。

  研究小組利用這一平臺對磷酸鐵鋰粒子在充放電過程中的活動模式進行了觀察、成像,詳細記錄了粒子化學成分演變及化學反應速率等情況。他們發現,粒子表面的充電過程并不均勻,會隨著時間的推移越來越差。

  理論上,電池充電時,帶正電的鋰離子均勻地布滿電極表面的狀況最理想,但實際上這種情形很難出現,尤其是電池老化后更是如此。

  研究人員表示,新技術平臺使他們可以在介觀尺度對電池的動態活動進行實時成像,要做到這一點很難但很重要。有了這一技術,他們有能力實時解析粒子化學成分和電流密度的變化情況,研究電池的充放電過程,并對單個電池粒子內部電化學反應進行成像,這對更好地理解電池的充電機制和優化電池性能很有幫助。

  目前,該研究小組正在設計更高精度的X射線顯微鏡,其目標分辨率將達到1至5個納米。

文章來源:儀器信息網