一个国际研究团队刚刚在Advanced Energy Materials上发表了关于电池故障期间发生的最广泛的研究，同时关注电池的不同部分。ESRF(欧洲同步加速器)在法国的作用对其成功至关重要。
我们都经历过这样的事情：您已经为手机充电，并且在短时间内使用手机后，电池电量异常迅速下降。消费电子产品似乎以不均匀的速度失去电力，这是由于电池的异质性。当手机充电时，顶层先充电，底层充电。该手机可以指示何时顶面水平完成充电是完整的，但底部将少收。如果您使用底层作为指纹，顶层将被过度充电，并会出现安全问题。
事实是，电池由许多不同部分组成，表现不同。固体聚合物有助于将颗粒固定在一起，碳添加剂提供电连接，然后有活性电池颗粒储存和释放能量。
来自ESRF，SLAC，弗吉尼亚理工大学和普渡大学的国际科学家团队希望了解并定量导致锂离子电池失效的原因。在那之前，研究要么在失败期间放大阴极中的单个区域或粒子，要么在没有提供足够的微观细节的情况下缩小观察细胞水平的行为。现在，这项研究提供了第一个具有前所未有的微观结构细节的全球视图，以补充电池文献中的现有研究。
如果你有一个完美的电极，每个粒子都应该以相同的方式运行。然而，电极非常不均匀并且包含数百万个颗粒。没有办法确保每个粒子同时表现出相同的方式。
为了克服这一挑战，研究团队严重依赖同步加速器X射线方法，并使用两个同步加速器设备来研究电池中的电极，ESRF，法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器和美国斯坦福大学的SLAC国家加速器实验室。“ESRF让我们能够以更高的分辨率研究更大量的电池颗粒，”弗吉尼亚理工大学助理教授冯林说。在SLAC进行了互补实验，特别是纳米分辨率X射线光谱显微镜。
“硬X射线相位对比纳米层析成像显示每个粒子在整个电极厚度上都具有显着的分辨率。这使我们能够在使用电池后跟踪每个粒子的损坏程度。本文中大约一半的数据来自来自ESRF，“ESRF的科学家，该论文的第一作者Yang Yang解释说。
“在实验之前，我们不知道我们可以同时研究这些颗粒。成像单个活性电池颗粒一直是该领域的焦点。为了制造更好的电池，你需要最大化每个颗粒的贡献，”叶益金，SLAC科学家。
弗吉尼亚理工大学实验室制造了材料和电池，然后在ESRF和SLAC测试了它们的充电和降解行为。普渡大学助理教授赵克杰领导了该项目的计算建模工作。
该出版物的发现为颗粒利用和电池褪色提供了一种诊断方法。“这可以改善工业设计电极如何快速充电电池，”杨总结说。