新的阴极材料当前正在被开发，以增强锂电池的容量。在这些材料中，多层富锂过渡金属氧化物（LRTMO）因其卓越的能量密度而脱颖而出。然而，由于结构和化学变化，这些材料在每个充电周期中都会出现容量降低。来自中国多个机构的一组研究人员利用BESSY II的X射线技术，以前所未有的精确度研究这些变化：通过一种专门的X射线显微镜，他们成功地捕获了纳米尺度上的形态和结构变化，同时也揭示了相关的化学转变。
目前，创新的阴极材料正在开发中，以提高锂电池的容量。多层富锂过渡金属氧化物（LRTMO）尤其因其高能量密度而备受瞩目。然而，由于结构和化学的改变，它们的容量在每个充电周期中都会减少。来自多家中国机构的研究人员最近首次使用BESSY II的X射线技术以显著的精度探索了这些变化：通过利用一种独特的X射线显微镜，他们在纳米尺度上观察到结构和形态的发展，并阐明了化学变化。
锂离子电池正在接近因新阴极材料而变得更强大的可能。例如，多层富锂过渡金属（LRTMO）阴极可能显著增强充电容量，并可用于高性能锂电池。然而，已经注意到这些阴极材料快速退化，主要是由于锂离子在充电和放电过程中的来回移动。迄今为止，关于这种退化的具体变化尚不清楚。
为了理解这些变化，来自中国研究机构的团队在BESSY II储存环内的一个无调制束流线申请了世界上唯一的透射X射线显微镜（TXM）的束流时间。他们利用3D断层成像和纳米光谱学对样品进行了研究。HZB-TXM测量由HZB的彼得·古特曼博士于2019年进行，在新冠疫情爆发之前。X射线显微分析进一步通过附加的光谱和显微评估得到了丰富。在对大量数据的审查后，结果现已发布：这些结果揭示了在放电过程中发生的形态和结构变化以及化学过程的复杂细节。
根据监督仪器科学监督和进一步开发的斯特凡·维尔纳博士的说法，’软X射线透射显微镜使我们能够在三维中可视化LRTMO颗粒内的化学状态，具有高空间分辨率，提供了对电化学循环中化学反应的洞察。’
研究结果提供了与相变和纳米孔形成相关的局部晶格失真宝贵见解。研究人员还能够局部确定个别元素的氧化态。充电发生的速率在这方面至关重要：较慢的充电促进相变和氧气损失，而快速充电则引发晶格失真和不规则的锂扩散。
维尔纳博士补充说，’在TXM，我们具备独特的能力：我们可以提供能量分辨的透射X射线断层成像。这在每个元素特定能量级别提供了具有结构信息的3D表示——能量在这里作为第四个维度。’
本次调查的结果为创建具有长期稳定性和抗循环磨损的高性能阴极提供了重要数据。开发TXM的戈德·施奈德教授指出，’TXM特别适合通过在操作过程中研究电池材料的形态和化学变化，提供新的见解——基本上是在充电和放电过程中。’
