研究人員已經開發出一種基於實驗室的簡單技術，使他們能夠觀察鋰離子電池內部，並在電池充電和放電時實時跟踪鋰離子的移動，這在以前是不可能的。利用這種低成本的技術，研究人員確定了限制充電速度的過程，如果得到解決，可以使大多數智能手機和筆記本電腦的電池在短短5分鐘內完成充電。

根據刊登在《自然》雜誌上的相關論文顯示，來自劍橋大學的研究人員說，他們的技術不僅有助於改進現有的電池材料，而且可以加速下一代電池的開發，這是過渡到無化石燃料世界中需要克服的最大技術障礙之一。

雖然鋰離子電池具有不可否認的優勢，例如與其他電池和能源儲存手段相比，其能量密度相對較高，壽命較長，但它們也可能過熱甚至爆炸，而且生產成本相對較高。此外，它們的能量密度遠遠不能與汽油相比。到目前為止，這使得它們不適合在兩個主要的清潔技術中廣泛使用：電動汽車和電網規模的太陽能發電存儲。

為了改進鋰離子電池並幫助它們更快地充電，研究人員需要在現實條件下實時跟踪和了解功能材料中發生的過程。目前，這需要復雜的同步輻射X射線或電子顯微鏡技術，這些技術既費時又昂貴。

劍橋大學團隊開發了一種稱為乾涉散射顯微鏡的光學顯微鏡技術，以觀察這些過程。使用這種技術，他們能夠通過測量散射光的數量來觀察鋰鈷氧化物（通常稱為LCO）單個顆粒充電和放電情況。他們能夠看到LCO在充放電循環中經歷了一系列的相變。隨著鋰離子的進出，LCO顆粒內的相界發生了移動和變化。研究人員發現，移動邊界的機制是不同的，這取決於電池是在充電還是在放電。

充電時，速度取決於鋰離子能以多快的速度通過活性材料的顆粒。當放電時，速度取決於離子在邊緣插入的速度。如果我們能控制這兩種機制，將使鋰離子電池的充電速度大大加快。