鈉離子電池對于電動汽車、能源網和其他應用來說是一項很有前景的技術，因為它們由豐富的材料制成。這些材料能量密集、不易燃并且在較低溫度下運行良好。然而，它們卻只是磷酸鐵鋰電池的“備胎”。這是因為，現代電子產品中的鋰離子電池可以充電數千次，但大多數鈉離子電池只能循環其中的一小部分。

耐用性差源于電池運行過程中的特定原子重組—P2-O2相變—因為離子穿過電池無序晶體結構并最終破壞它們。雖然研究人員對相變很感興趣，但其背后的機制一直難以研究，尤其是在電池運行期間。

近日，康奈爾大學的科學家在一項新研究中，發現了限制鈉離子電池耐用性的根源，為制造商提供了為 21 世紀供電的新策略。

研究表明，隨著鈉離子在電池中移動，單個顆粒內的晶體層的錯誤取向會增加，然后這些層在P 2 -O2相變之前突然對齊。

研究作者Singer說：“我們發現了一種新的關鍵機制，即在電池充電期間，原子突然重新排列，促進了有缺陷的相變。”

該團隊在使用康奈爾高能同步加速器源開發了一種新的 X 射線成像技術，因而能夠實時觀察電池樣本中單個粒子的行為。

研究人員表示，他們計劃在未來提出鈉離子電池新的設計方案。其中一種可能就是修改電池化學成分，在有缺陷的過渡階段之前讓粒子變得無序。

該研究論文題為“Disorder Dynamics in Battery Nanoparticles During Phase Transitions Revealed by Operando Single-Particle Diffraction”，已發表在Advanced Energy Materials上。