为了设计更好的可充电离子电池，工程师和化学家合作，将强大的新电子显微镜技术和数据挖掘相结合，以视觉精确定位离子电池内的化学和物理变化区域。
伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois Urbana Champaign）的工程师和化学家合作进行的一项研究中首次在纳米尺度上绘制出可充电离子电池内部的变化区域，这比目前的X射线和光学方法的分辨率提高了10倍或更多。研究结果发表在《自然材料》杂志上。
该研究小组表示，此前了解电池材料工作和失效机制的努力主要集中在充电循环的化学效应上，即电池电极化学成分的变化。
一种新的电子显微镜技术，称为四维扫描透射电子显微镜，允许团队使用高度聚焦的探针来收集电池内部工作的图像。
研究人员表示：“在可充电离子电池的运行过程中，离子会扩散到电极内外，导致机械应变，有时会破裂。使用新的电子显微镜方法，我们可以首次捕获电池材料中应变引起的纳米级畴。”
研究人员解释说，这些类型的微观结构异质性转变已经在陶瓷和冶金领域得到了广泛研究，但此前一直没有被用于储能材料。
研究人员认为，四维扫描透射电子显微镜方法对于绘制材料内部结晶度和畴取向的其他难以接近的变化至关重要。
该团队将其四维扫描透射电子显微镜观测结果与计算模型进行了比较，以发现这些变化。
数据挖掘和四维扫描透射电子显微镜数据的结合表明，随着应变纳米结构域的发展，电池内部的成核、生长和聚结过程呈现出一种模式，收集的X射线衍射数据进一步验证了这些模式。
研究人员认为，这项研究所基于的概念、原理和表征框架适用于各种离子电池以及其他电化学系统中的电极，包括燃料电池、突触晶体管和电致变色。
