牛津大學的研究人員開發了一種新的染色技術，幫助識別用於鋰離子電池負極的現代聚合物粘合劑。這些粘合劑在電極中所佔的重量不到百分之五，缺乏明顯特徵，但卻在保持電極結構方面起著重要作用。根據新聞稿，識別這些成分有助於改善電池性能。鋰離子電池是迄今為止能量儲存技術中能量密度最高的，這種電池的緊湊性和高能量儲存能力使得從智能手機到電動汽車的各種應用成為可能。然而，科學家們仍在努力進一步改善這些電池的導電性、耐用性和穩定性。
在鋰離子電池的負極中，聚合物粘合劑的作用是將電極保持在一起，確保電氣和離子導電性，以及維持其機械穩定性。然而，由於用量極少，這些粘合劑無法在電極結構中被成像。牛津大學材料系的研究小組在斯坦尼斯瓦夫·贊科斯基的帶領下，針對這一問題提出了新的染色技術。
贊科斯基的研究團隊使用可追蹤的銀和溴標記來標記來自纖維素和乳膠的粘合劑。使用 X 射線光譜學對這些標記進行調查時，產生了獨特的 X 射線信號，使得粘合劑可見。為了進一步分析，研究人員使用電子顯微鏡，這提供了有關這些元素在電極內部分佈及其表面形貌的精確信息。贊科斯基在新聞稿中表示：「這種染色技術為理解現代粘合劑在電極製造過程中的行為打開了一個全新的工具箱。」
這項研究表明，粘合劑分佈的微小變化會顯著影響電池性能。僅僅通過調整漿料混合和乾燥程序，研究團隊就將測試電極的內部離子電阻降低了高達 40%。這一點尤為重要，因為高內部離子電阻是鋰離子電池快速充電能力的一大障礙。此外，團隊還發現了用於塗覆石墨表面的 1,000 億納米厚的羧甲基纖維素粘合劑層的問題。這些層本應作為完全塗層，但在電極處理過程中通常會斷裂成不均勻的斑塊，進而影響電池性能。
這項跨學科的努力涵蓋了化學、電子顯微鏡學、電化學測試和建模，最終導致一種創新的成像方法，幫助理解影響電池壽命和性能的關鍵表面過程。牛津大學的教授帕特里克·格蘭特表示，這將推動廣泛電池應用的進步。該研究團隊已對這一染色方法申請專利，該方法不僅適用於石墨電極，還適用於由矽和 SiOx 製成的電極，對未來的電池設計研究具有有效性。研究結果已於今日發表在《自然通訊》期刊上。
