未来的运输工具主要包括电动汽车，卡车和飞机，但是单电池设计显然不能满足复杂的需求。在接下来的几十年中，可能有必要根据特定用途定制电池。因此，有必要尽可能准确地了解各种类型的电池的内部状态。每个电池的工作原理是相同的，也就是说，离子（即带电的原子或分子）通过电解质将电流从负电极传递到正电极，然后再返回。通过准确地了解不同离子在不同类型的电解质中的移动方式，研究人员可以找到改变这种传输方法的方法，从而创建出可以针对特定目的以最合适的方式进行充电和放电的电池。据国外媒体报道，在一项突破性发现中，科学家结合了多种技术来准确测量电池中移动的离子。研究人员使用阿贡国家实验室的高级光子源（APS）不仅观察电池在运行过程中的内部状态，并实时测量反应过程，而且还为使用不同类型的电池进行类似实验打开了大门电池。研究人员与联合储能研究中心（JCESR）合作得出了这一结果，详细描述了锂离子通过聚合物电解质的速度。主要研究人员是德国帕德博恩大学的汉斯-乔治·施泰因吕克教授说：“通过结合不同的实验方法来测量速度和浓度，并将其与理论数据进行比较，我们证明了它的可能性。现在，我们将在其他具有不同属性的系统上进行测量。”这些测量是在APS的8-ID-I光束线上进行的，包括使用超亮X射线测量穿过电池的离子的速度，以及测量模型电池何时放电。电解质中离子的浓度。然后，研究团队将结果与数学模型进行比较，得出了一个非常准确的数字，即离子电导率（代表离子所携带的电流）。本质上，离子电导率（传输数）是带正电的离子所携带的电流相对于总电流的量。研究小组计算得出该数字约为0.2。研究人员说，这种测量离子运动的新方法非常敏感，因此得出的结论与其他方法不同。科罗拉多博尔德大学（UniversityOfColoradoBoulder）的迈克尔·托尼教授说：“传统方法是通过分析电流来测量离子电导率。但是，目前尚不清楚锂离子会产生多少电流，而您会产生多少电流。这是由分析中其他不希望的因素引起的。原理很简单，但是我们必须进行准确的测量。这是一个真正的概念验证项目。在该实验中，研究小组使用了固体聚合物电解质代替锂离子。液体电解质广泛用于电池。这是因为聚合物不易燃且更安全。研究人员之一Venkat Srinivasan表示，过去，在研究电池的内部工作原理时，最好的方法是将电流传递到电池，然后对其进行分析。现在，科学家可以实时跟踪离子运动，并找到改变运动状态的机会，以满足电池设计的需求。他说：“在我们不得不连接这些点之前，现在我们可以直接，清晰地检测离子了。” Argonne的X射线科学系的物理学家Eric Dufresne说，在这个实验中，研究小组使用了APS提供的相关性。性能上，结果只能以每秒纳米的速度获得。 “这是一项非常彻底和复杂的研究，以新颖的方式结合了X射线技术。它既是一个很好的例子，又是开发未来应用程序的一步。 Dufresne及其同事指出，只有APS升级了电子存储环后，进行实验并将其产生的X射线的亮度提高500倍会更好。 Dufresne说：“通过APS升级，我们可以将动态研究过程推进到比微秒更好的水平。我们将聚焦光束，并在较厚的材料上进行更精细的测量。升级将为我们提供独特的功能。使我们可以进行更多类似的实验。”该研究小组表示，下一步将是分析更复杂的聚合物和其他材料，并最终转向液体电解质的研究。 Toney希望探索其他类型材料的离子，例如钙和锌。为了实现设计用于特定用途的电池的最终目标，测试各种材料非常重要。