尽管锂电池已在世界范围内广泛应用，但其运行动态仍难以捉摸。目前，X射线被证明可以查看电池内部的实时变化。一个研究小组利用先进光子源（APS）超亮X射线观察固态锂电池内部材料充放电时的变化。这种电池使用固体材料替代锂离子电池中易燃液体电解质，详细的3D信息有助于提高电池的可靠性和性能。此项研究于2021年1月28日发表在Nature Materials上。

研究使用APS的2-BM束线，利用超亮X射线计算机断层扫描技术，捕获电池充放电循环期间发生的结构变化的3D图像。高灵敏度和快速是2-BM束线的主要特征，灵敏性帮助团队区分密度相似的电池内部结构，极快的速度使他们能够不断捕捉到电池内部的变化。这些清晰的图像揭示锂/固体电解质界面上电极材料的动态变化如何决定固态电池的性能。研究发现，电池运作时会在接口处形成小空隙，（最大分辨率达到1-2微米），这是造成电池故障的主要原因—接触不良。

锂离子电池依靠液体电解质在充放电周期中携带离子，在电极之间来回流动。液体均匀覆盖在电极上，允许离子自由移动。而固态电池技术则使用固体电解质，应该有助于提高电池的能量密度和安全性。但从电极上去除锂会在接口处产生空隙，影响电池可靠性和寿命。

研究人员认为，为应对这种情况，可以通过不同的沉积过程创建结构化的接口，在循环过程中保持接触，对界面结构进行精密控制和工程设计，对未来固态电池开发非常重要。此项研究有助该类技术的商业化应用。

由于研究人员只能在一个充放电周期内观察电池的结构，未来他们希望了解电池在其他周期中会发生什么，以及该结构是否能以某种方式适应空隙的产生和填充。研究人员认为，该结果可能会适用于其他电解质配方，表征技术可用于获取有关其他电池工艺的信息。下一步可使用APS上的纳米断层照相术，更聚焦的X射线束可以提供电池中更小空隙的图像。