Nissan Motor และ Nissan ARC ประกาศเมื่อวันที่ 13 มีนาคม 2014 ว่าพวกเขาได้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์ที่สามารถสังเกตและหาปริมาณการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโดยตรงในวัสดุอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ด้วยวิธีนี้ “ทำให้การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความจุสูงเป็นไปได้ ดังนั้นจึงช่วยขยายช่วงของยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ (EV)”

ในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความจุสูงและอายุการใช้งานยาวนาน จำเป็นต้องเก็บลิเธียมไว้ในวัสดุแอกทีฟของอิเล็กโทรดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และวัสดุการออกแบบที่สามารถผลิตอิเล็กตรอนได้ในปริมาณมาก ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องจับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในแบตเตอรี่ และเทคนิคการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ไม่สามารถสังเกตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้โดยตรง ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุในเชิงปริมาณว่าธาตุใดในวัสดุที่ใช้งานอิเล็กโทรด (แมงกานีส (Mn) โคบอลต์ (Co) นิกเกิล (Ni) ออกซิเจน (O) เป็นต้น) สามารถปล่อยอิเล็กตรอนได้

วิธีการวิเคราะห์ที่พัฒนาขึ้นในครั้งนี้ได้แก้ปัญหาที่มีมาช้านาน นั่นคือการค้นพบที่มาของกระแสในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ และการจับเชิงปริมาณสำหรับ “รายแรกของโลก” (Nissan Motor) เป็นผลให้สามารถเข้าใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนที่ของวัสดุแอคทีฟที่มีอยู่ในวัสดุอิเล็กโทรดบวก ผลลัพธ์ในครั้งนี้ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดย Nissan ARC, University of Tokyo, Kyoto University และ Osaka Prefectural University

แบตเตอรี่เก็บพลังงานเทสลา

ยังใช้ “เครื่องจำลองโลก”

วิธีการวิเคราะห์ที่พัฒนาขึ้นในครั้งนี้ใช้ทั้ง “เอ็กซ์เรย์ดูดกลืนสเปกโทรสโกปี” โดยใช้ “จุดดูดกลืน L” และ “วิธีคำนวณหลักการแรก” โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ “Earth Simulator” แม้ว่าบางคนเคยใช้เอ็กซ์เรย์ดูดกลืนแสงสเปกโทรสโกปีเพื่อทำการวิเคราะห์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาก่อน แต่การใช้ “จุดดูดกลืน K” เป็นกระแสหลัก อิเล็กตรอนที่จัดเรียงตัวในชั้นเปลือก K ที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสถูกผูกมัดในอะตอม ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไม่มีส่วนในประจุและการปลดปล่อยโดยตรง

วิธีการวิเคราะห์ในครั้งนี้ใช้ X absorption spectroscopy โดยใช้ปลายการดูดซึม L เพื่อสังเกตการไหลของอิเล็กตรอนโดยตรงที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ เมื่อรวมกับวิธีการคำนวณหลักแรกโดยใช้เครื่องจำลองโลก จำนวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สามารถอนุมานได้ก่อนหน้านี้จะมีความแม่นยำสูง

เทคโนโลยีเหล่านั้นจะสร้างผลกระทบอย่างมากต่อประเภทของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่

Nissan ARC ใช้วิธีการวิเคราะห์นี้ในการวิเคราะห์วัสดุแคโทดที่เกินลิเธียม พบว่า (1) ในสถานะที่มีศักยภาพสูง อิเล็กตรอนที่เป็นของออกซิเจนมีประโยชน์ต่อปฏิกิริยาการชาร์จ (2) เมื่อคายประจุ อิเล็กตรอนที่เป็นของแมงกานีสจะเป็นประโยชน์ต่อปฏิกิริยาการปลดปล่อย

การออกแบบระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่