快速发展的电动汽车行业需要能量密度更高的锂离子电池，以提供一次充电可行驶更远的电动汽车。下一代牵引电池可以在先进正极材料的基础上制造，例如过渡金属的富锂复合氧化物，由于过渡金属(镍和钴)的阳离子和氧阴离子参与氧化还原反应。然而，电压滞后(充电和放电电压的差异)会导致电池运行期间的能量损失并限制实际应用。

“在锂离子电池充电期间，带正电的锂阳离子离开其在正极材料结构中的位置，然后在电池放电时重新沉入。为了使正极材料保持电中性，它应该释放或吸收在相同数量的电子中。我们的研究表明，动力学障碍和能垒在很大程度上是由电子转移引起的，而不仅仅是锂离子的迁移。金属阳离子和氧原子之间的电子转移可能特别缓慢，导致能源损失，”Skoltech能源科学与技术中心(CEST)主任ArtemAbakumov教授解释说。

“为了捕捉那些长寿命的电子态，我们首先排除了其他可能的滞后原因，例如过渡金属阳离子迁移引起的阴极晶体结构变化。感谢高分辨率透射电子显微镜，即高级成像核心设施的TitanThemisZ显微镜——我们提供了确凿的证据表明这种不可逆过程不会发生。TitanThemisZ拥有高达0.06nm的空间分辨率，这意味着我们可以获得晶体的原子分辨率图像结构，”Skoltech博士。学生AnatoliiMorozov说。

“我们的显微镜本身就是一个材料科学实验室，可以使用各种高局部性方法分析材料。在我们的研究中，我们不仅使用了结构图像，还对镍的电子状态进行了光谱分析"研究科学家OlgaEmelyanova解释道。

“我们的研究揭示了现代透射电子显微镜为研究具有高实用价值的材料提供的独特机会。在当地了解晶体和电子结构对于有针对性地开发具有独特功能的材料至关重要。执行能力此类研究是Skoltech的重要竞争优势，”高级成像核心设施负责人YaroslavaShakhova补充道。