NIMS è riuscito per la prima volta a visualizzare i cambiamenti sequenziali nella distribuzione del potenziale elettrico attraverso un elettrodo composito durante le reazioni di carica/scarica in batterie agli ioni di litio a stato solido. Questa distribuzione era precedentemente misurabile solo prima e dopo il verificarsi di reazioni di carica/scarica. La comprensione microscopica dei meccanismi di reazione di carica/scarica negli elettrodi può facilitare la progettazione di nuovi dispositivi in ​​grado di migliorare le prestazioni delle batterie agli ioni di litio a stato solido.

La batteria agli ioni di litio a stato solido è un promettente candidato alla batteria di nuova generazione grazie alle sue eccellenti proprietà di sicurezza e cicliche. Le sue prestazioni devono essere ulteriormente migliorate prima che possa essere messo in pratica. Le cause del degrado delle prestazioni devono essere identificate attraverso un'attenta analisi delle reazioni elettrochimiche che si verificano negli elettrodi durante la carica e la scarica. Nel 2016 questo team di ricerca ha sviluppato una tecnica che consente l'osservazione in situ dei cambiamenti del potenziale elettrico negli elettrodi ad alta risoluzione spaziale. Però, esisteva un grande interesse nello sviluppo di nuove tecniche che consentissero analisi più dettagliate:misurazione sequenziale (dinamica) dei cambiamenti nella distribuzione del potenziale elettrico attraverso un elettrodo durante la carica/scarica.

Questo team di ricerca ha recentemente sviluppato una nuova tecnica in grado di visualizzare i cambiamenti sequenziali (dinamici) nella distribuzione del potenziale elettrico nelle batterie combinando un sistema di misurazione elettrochimico con tecniche precedentemente sviluppate (microscopia a forza di sonda Kelvin in situ e una tecnica utilizzata per preparare la batteria a sezione trasversale campioni). Il team ha quindi utilizzato questa nuova tecnica combinata per osservare le reazioni di carica/scarica in azione all'interno di catodi compositi in batterie agli ioni di litio a stato solido (campioni sperimentali forniti da Taiyo Yuden Co., srl). Di conseguenza, il team ha scoperto che le reazioni di carica si estendono in modo non uniforme attraverso il catodo composito dal lato del collettore di corrente al lato dell'anodo, mentre le reazioni di scarica si diffondono uniformemente attraverso il catodo. Questi risultati indicano la formazione di una rete di percorsi conduttivi elettronici inadeguata nel catodo composito durante un processo di carica.

La tecnica sviluppata in questa ricerca è applicabile a una varietà di valutazioni della batteria, compresa un'analisi approfondita delle cause del degrado delle prestazioni della batteria, che sono stati difficili da accertare utilizzando misurazioni elettrochimiche convenzionali. Questa tecnica può aiutare gli sviluppatori di batterie a ottimizzare le strutture delle batterie e a progettare batterie con prestazioni più elevate.