觀察電池片里的離子
　　電池?fù)p耗的一個(gè)重要原因便是在充電和放電過程中，正負(fù)電極在吸收和釋放電解質(zhì)里的離子時(shí)自身的膨脹和收縮。在這項(xiàng)研究里科學(xué)家們研究了由幾十億個(gè)磷酸鐵鋰納米粒子組成的正電極，如果大多數(shù)或者全部離子都活躍參與充電和放電過程，那么它們會(huì)相對(duì)統(tǒng)一的吸收和釋放離子。但是如果只有少部分粒子吸收了所有離子，那么它們更可能破裂和損壞，減少電池的壽命。
　　有關(guān)納米粒子的特性和行為，與之前的研究產(chǎn)生了互相沖突的觀點(diǎn)。為了進(jìn)一步調(diào)查真相，研究人員制造了小型硬幣電池，利用不同的電流對(duì)它們進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的充電，然后迅速將它們分離并沖洗組件從而阻止充電/放電過程。隨后科學(xué)家們將電極切成非常薄的片并將它們送至伯克利國家實(shí)驗(yàn)室利用高級(jí)光源同步加速器的密集的X設(shè)線進(jìn)行檢測(cè)。
　　快速放電的新見解
　　“我們一次可以研究上千個(gè)電極納米粒子并拍攝充電和放電過程中不同階段的快照，”研究首席作者、斯坦福大學(xué)的研究生李一洋（Yiyang Li）這樣說道。“這項(xiàng)研究是首項(xiàng)在不同充電和放電條件下對(duì)充放電過程進(jìn)行的詳細(xì)全面調(diào)查。”
　　通過利用MIT研發(fā)的一個(gè)成熟模型分析數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)在充電過程中只有少部分納米粒子吸收和釋放離子，即使這個(gè)過程發(fā)生的非常迅速。但當(dāng)電池放電時(shí)，有趣的事發(fā)生了：隨著放電速率增加超過一定的極限，越來越多粒子開始同步吸收離子，轉(zhuǎn)變成一個(gè)更加統(tǒng)一、損害較少的模式。這表明科學(xué)家們可能可以扭曲電極材料或者這個(gè)過程從而在保證較長(zhǎng)電池壽命的前提下，或者更快的充電和放電速率。
　　據(jù)李表示，接下來一步便是在上百次甚至是上千次的循環(huán)里運(yùn)行電池電極從而模擬真實(shí)世界的情況。科學(xué)家們希望能夠拍攝電池在充電和放電過程中的快照，而非中斷這個(gè)過程并將電池組件分離。這應(yīng)該可以產(chǎn)生更加現(xiàn)實(shí)的見解，且這個(gè)過程可以在同步加速器里，例如ALS或者SLAC斯坦福同步加速器輻射光源里進(jìn)行。李還表示目前研究小組正在與工業(yè)界密切合作，調(diào)查這些發(fā)現(xiàn)將如何應(yīng)用于運(yùn)輸和電子消費(fèi)品領(lǐng)域。
　　這項(xiàng)研究得到了韓國三星尖端技術(shù)研究所全球創(chuàng)新拓展項(xiàng)目、斯坦福工程學(xué)院和普雷科特能源學(xué)院、三星-MIT能源應(yīng)用的材料設(shè)計(jì)項(xiàng)目以及美國能源部的資金支持。