过快地为锂离子电池充电会永久性地降低电池容量。由此破坏和停用能量存储结构的一部分。这些结构变化首次由DESY研究员UlrikeBösenberg博士及其团队在DESY的X射线源PETRA III上展示。他们的荧光研究表明，即使只进行了几次充电循环，电池材料内部结构的损坏也很明显，在慢速充电过程中损坏的时间更长。研究结果将发表在最新一期的“ 材料化学”杂志上。
锂离子电池非常普遍，因为它们具有高电荷密度。通常，在一千次充电和放电之后，存储容量显着减小。新一代这种能量存储系统的有希望的候选者，特别是由于其4.7伏的高电压，被称为锂 – 镍 – 锰 – 氧化物尖晶石材料或LNMO尖晶石。电极由微型晶体组成，也称为微晶，其与粘合剂材料和导电碳连接以形成薄层。
Bösenberg周围的团队，包括来自汉堡大学和澳大利亚科学机构CSIRO的吉森大学的研究人员，在PETRA III的X射线微焦光束线P06上研究了这种LiNi0.5Mn1.5O4化合物的负电极。他们可以通过利用新型X射线荧光检测器，以半微米(百万分之一米)的分辨率确定镍和锰在电极上的大面积上的精确分布。电池电极中活性材料的分子结构由镍(Ni)，锰(Mn)和氧(O)组成 – 其中结构是相对刚性的晶格，锂离子作为移动电荷载体，可以插入或提取。
在他们目前的研究中，研究人员将不同的电池电极暴露在25个充电和放电循环中，每个循环以三种不同的速率，并测量电极元件的基本分布。科学家们可以证明，在快速充电过程中，锰和镍原子从晶体结构中浸出。在他们的调查中，研究人员发现了诸如电极孔的缺陷，其直径可达100微米(0.1毫米)。被破坏的区域不能再用于锂储存。
在他们的研究中利用X射线荧光方法，研究人员利用了X射线可以将化学元素激发为荧光的事实，这是一种短期的辐射发射。荧光辐射的波长或能量是每种化学元素的特征指纹。这样，可以精确地确定电极中各种材料的分布。为此，研究人员使用了一种新型荧光检测器，目前世界上只有两种荧光检测器以这种形式存在。这个Maia探测器是CSIRO和布鲁克海文实验室联合开发的，由近四百个收集样品荧光辐射的单个元素组成。由于探测器的高能量分辨率和灵敏度，
窄而高强度的PETRA III X射线束可以精确扫描样品表面，其尺寸约为2×2平方毫米，分辨率为半微米。调查每个点只需要千分之一秒。“这是我们第一次能够在如此大的区域内以如此高的空间分辨率定位这些不均匀性，”Bösenberg说。“我们希望更好地了解这些影响，并为改进储能设备奠定基础。”
仍然令人费解的是溶解的镍和锰原子的最终结果 – 这是研究人员希望在进一步研究中解决的问题。“有迹象表明，溶解的物质至少部分沉淀在阳极上，造成电池性能损坏两倍，”Bösenberg总结道。
