电池在实际应用中会降低其理论容量，有时甚至降得很多。据外媒报道，在磷酸铁锂阴极中，格拉茨技术大学（TU Graz）的研究人员现已能够准确观察到容量损失发生的位置。
（图片来源：格拉茨技术大学）
磷酸铁锂是电动汽车、固定式储能系统和工具中最重要的电池材料之一。它的使用寿命长、成本相对较低、不倾向于自燃，并且能量密度也在不断提升。然而，让人们困惑的是，为什么在实际应用中磷酸铁锂电池的理论储电容量会降低达25%。为了利用这种休眠容量储备，在充放电循环期间准确了解锂离子在电池材料中存储和释放的位置和方式十分重要。
现在，格拉茨技术大学的团队朝着这个方向迈出了重要一步。研究人员利用透射电子显微镜，能够系统地跟踪穿过电池材料的锂离子，以前所未有的分辨率绘制它们在磷酸铁阴极晶格中的排列，并精确量化它们在晶体中的分布。
进一步提高电池容量的关键线索
格拉茨技术大学电子显微镜和纳米分析研究所（Institute of Electron Microscopy and Nanoanalysis）的Daniel Knez表示：“调查显示，即使测试电池电芯充满电，锂离子仍会留在阴极的晶格中，而不是迁移到阳极。这些不移动的离子会降低容量。”
静止的锂离子在阴极中不均匀分布。研究人员已成功地精确确定这些具有不同富锂程度的区域，并将它们相互分开到几纳米之内。在过渡区域的阴极晶格中发现了扭曲和变形。
材料化学与技术研究所（Institute of Chemistry and Technology of Materials）的Ilie Hanzu表示：“这些细节提供了关于在一定程度上抵消电池效率的物理效应的重要信息，我们可以在进一步开发材料时参考这些信息。”
这种方法也可用于其他电池材料
在这项研究中，研究人员利用充放电电池的电极来制备材料样品，并通过原子分辨率ASTEM显微镜下对其进行分析。他们将电子能量损失谱与电子衍射测量和原子级成像相结合。
电子显微镜和纳米分析研究所的Nikola Šimić表示：“通过结合不同的检测方法，我们能够确定锂在晶体通道中的位置，以及它是如何到达那里的。我们开发的方法和所获得的关于离子扩散的知识，只需稍加调整即可转移到其他电池材料中，以便更精准地对它们进行表征和进一步开发。”
