該研究可能有助於增強當前的電池材料，並加速下一代電池的開發。

不規則的鋰離子運動可能會阻礙電池的性能。

研究人員發現，下一代電池材料的性能和容量可能會受到鋰離子不規則運動的阻礙。該團隊由劍橋大學領導，實時監測了鋰離子在潛在新電池材料內的流動。

以前認為，鋰離子存儲在電池材料中的機制對於每個活性顆粒是均勻的。然而，劍橋領導的研究發現，鋰儲存在充放電周期中並不均勻。

當電池接近其放電周期結束時，活性顆粒的表面變得鋰飽和，而其核心缺鋰。這會導致容量降低和可重複使用的鋰的損失。

法拉第研究所資助的研究可能有助於現有電池材料的進步，並加速下一代電池的創造。研究結果最近發表在《焦耳》雜誌上。

為了轉向零碳經濟，電動汽車（EV）至關重要。由於其巨大的能量密度，鋰離子電池為目前道路上的大多數電動汽車提供動力。然而，隨著電動汽車使用量的增加，對更大續航里程和更快充電時間的要求需要改進現有電池材料以及發現新材料。

其中一些最有前途的材料是最先進的正極材料，稱為層狀富鋰氧化物，廣泛用於高檔電動汽車。然而，它們的工作機理，特別是實際操作條件下的鋰離子傳輸，以及這與它們的電化學性能有何聯繫，尚不完全清楚，因此我們還不能從這些材料中獲得最大的性能。

通過在顯微鏡下跟蹤電池操作期間光與活性顆粒的相互作用，研究人員觀察到富鎳錳鈷氧化物（NMC）在充放電循環期間鋰存儲的明顯差異。

「這是第一次在單個顆粒中直接觀察到鋰儲存中的這種不均勻性，」來自劍橋大學Yusuf Hamied化學系的共同第一作者Alice Merryweather說。「像我們這樣的實時技術對於在電池循環時捕獲這一點至關重要。

將實驗觀察結果與計算機建模相結合，研究人員發現，這種不均勻性源於充放電循環期間NMC中鋰離子擴散速率的急劇變化。具體來說，鋰離子在完全鋰化的NMC顆粒中緩慢擴散，但是一旦從這些顆粒中提取一些鋰離子，擴散就會顯著增強。

「我們的模型提供了對NMC中鋰離子擴散在充電早期階段變化範圍的見解，」劍橋工程系的共同第一作者Shrinidhi S. Pandurangi博士說。「我們的模型準確地預測了鋰的分布，並捕獲了實驗中觀察到的異質性程度。這些預測是理解其他電池降解機制（如顆粒斷裂）的關鍵。

重要的是，放電結束時看到的鋰異質性確立了富鎳正極材料通常在第一次充放電循環後損失約10%容量的原因之一。

「考慮到用於確定電池是否應該退役的一個行業標準是當它失去20%的容量時，這一點很重要，」來自上海科技大學的共同第一作者徐超博士說。

研究人員現在正在尋找新的方法來增加這些有前途的電池材料的實用能量密度和壽命。