每日速读!剑桥大学发明新光学显微镜技术 助力开发下一代电池

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清洁高效的储能技术对于建立可再生能源基础设施至关重要。锂离子电池已在个人电子设备中占据主导地位，并且有望普遍应用于可靠的电网级存储和电动汽车，但锂离子电池仍需要进一步开发以提高充电率和使用寿命。

图片来源：剑桥大学

为助力开发充电更快续航更持久的电池，科学家们需要能够了解电池运行的内部过程，以确定电池性能的局限性。目前，可视化活性电池材料需要复杂的同步加速器X射线或电子显微镜技术，但这些技术较为复杂、成本较高，而且通常无法快速成像以捕捉快速充电电极材料中发生的快速变化。因此，单个活性粒子的长度尺度和在商业相关的快速充电速率上的离子动力学在很大程度上仍未被发现。

据外媒报道，剑桥大学研究人员开发出基于实验室的低成本光学显微镜技术，用于研究锂离子电池，克服了上述难题。研究人员检查了当前充电速度最快的阳极材料之一Nb14W3O44的单个颗粒。可见光通过一个小玻璃窗发送到电池中，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内的动态过程，从而揭示了通过单个活性颗粒的前状锂浓度梯度，进而导致内部应变（部分颗粒破裂）。

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颗粒破裂是电池的问题之一，因为它会导致碎片的电气断开，从而降低电池的存储容量。相关论文合著者、剑桥大学卡文迪什实验室（Cavendish Laboratory）Christoph Schnedermann博士表示：“这种自发事件对电池产生严重影响，而此前一直无法进行实时观察。”

该技术具有多种优势，包括快速数据采集、单粒子分辨率和高通量能力，因此未来或可助力进一步探索电池失效时的内部情况以及如何预防。该技术可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中的重要部分。