低成本成像技术展示了智能手机电池如何在几分钟内充电

专家们已经建立了一个基于实验室的基本程序，允许他们观察锂粒子电池内部，并在电池充电和释放时跟踪锂粒子的不断移动，这在不久前还不可能实现。

利用最小费用策略，科学家们认识到了速度限制周期，只要有可能，它可以使许多手机和工作站的电池在5分钟内充电。

来自剑桥大学的分析家们说，他们的方法不仅能帮助改进现有的电池材料，而且可以加速尖端电池的发展，这是在不可再生能源自由世界的变化中被击败的最大的机械障碍之一。结果记录在日记中。

虽然锂离子电池有着明显的优点，比如在使用不同的电池和储能方法时能量密度适中，寿命长，但它们同样会过热甚至引爆，而且通常运输成本很高。此外，它们的能量厚度甚至不接近石油。到目前为止，这使得它们无法在两个重大的清洁进步中得到无限的应用：电动汽车和基于阳光的电力的框架规模储存。

来自剑桥卡文迪什实验室的克里斯托夫·施奈德曼博士说：“一个优秀的电池既可以储存更多的能量，也可以在完美世界中充电更快。”无论如何，要用新材料改进电池，并改进我们目前使用的电池，我们需要了解电池内部发生了什么。”

为了提高锂离子电池的性能，帮助它们更快地充电，专家们需要循序渐进地跟踪和理解工作材料在敏感条件下发生的循环。目前，这需要复杂的同步加速器X射线或电子显微镜的方法，这是繁琐和昂贵的。

“要真正检查电池内部的情况，你基本上需要让放大仪在倍增器上完成两件事：它需要注意电池在几个小时内的充电和释放，但它需要捕捉电池内部发生的快速循环，”第一个创造者、博士艾丽斯·梅里韦瑟说。剑桥卡文迪什实验室的替补。

剑桥大学的研究小组开发了一种称为干涉耗散显微镜的光学显微镜程序来观察这些周期。利用这种方法，他们可以选择通过估算消散光的测量值来观察锂钴氧化物（通常被称为LCO）充电和释放的奇异粒子。

他们可以选择看到LCO在电荷释放循环中经历一个阶段性的进展。当锂粒子进出时，LCO粒子内部的级限会移动和改变。分析师追踪到，移动极限的组成部分是不同的，取决于电池是充电还是释放。

“我们发现锂粒子电池有不同的速度限制，这取决于它是充电还是释放，”卡文迪什实验室的Akshay Rao博士说，他是这次探索的负责人充电时，速度取决于锂粒子通过动态材料粒子的速度。释放时，速度取决于粒子嵌入边缘的速度。如果我们能够处理好这两个系统，锂离子电池的充电速度就会大大加快。”

“考虑到锂离子电池已经有相当长的一段时间的需求，你可能会认为我们对它们有一个普遍的认识，但情况并非如此，”施内德曼说这种方法可以让我们精确地看到它有多快的时间可以选择通过一个电荷释放周期。我们真正期待的是利用这一程序来集中最先进的电池材料，我们可以利用我们对LCO的发现来培育新材料。”

剑桥大学优素福哈米德化学系的克莱尔·格雷教授是这次考试的共同推动者，他说：“该程序对强态材料中的元素有着非常广阔的视角，因此你几乎可以在任何类型的电池材料上使用它。”。

这种方法的高通量特性允许在整个阴极上检查大量的粒子，并且，向前推进，将有助于进一步研究电池发生故障时会发生什么以及如何预防它。

施内德曼说：“我们建立的这个基于实验室的程序在创新速度上提供了巨大的变化，因此我们可以随时了解电池的快速内部功能。”我们真的可以看到这些阶段限制不断变化的方式真是太神奇了。这种方法可能是改进尖端电池的一个重要谜团。”