如果用于为电动车辆供电或为电网存储电能，则需要改进动员我们的电子设备的锂离子电池。寻求更好地了解液体电解质的伯克利实验室研究人员可能已经找到了前进的道路。由伯克利实验室化学科学部门的化学家Richard Saykally领导的团队，Berkeley Lab分子铸造厂的理论家David Prendergast和实验室材料科学部门的化学家Steven Harris在第一次X射线吸收中发现了令人惊讶的结果模拟锂电解质的光谱学研究。

“锂离子电池的一个关键过程是在电极之间传输锂离子，”Saykally解释说。“商用锂离子电池含有液体电解质，其中包含溶解在碳酸烷基酯溶剂体系中的锂盐。电池行业对这些溶液中锂离子局部溶剂化环境的性质存在分歧，这是一个关键问题，因为它的去溶剂化据信，当离子穿过负极时，它们会限制可用的电能。“

大多数先前的计算模拟预测了电解质中锂离子的四面体溶剂化结构，但Saykally，Prendergast，Harris及其合作者的新研究表明情况并非如此。

“我们的结果表明溶剂化数为4.5，这表明锂离子的非四面体溶剂化结构，”锂电池专家哈里斯说。“这与许多理论研究相矛盾，这些研究表明主要是四面体配位结构，其溶剂化数接近2或3，这取决于离子配对的普遍程度。根据我们的结果，为了设计性能更好的电解质，未来的计算模型需要超越四面体协调结构。“

锂离子电池(LIBS)使20的伟大发明的任何短名单个世纪。今天，LIB代表了数十亿美元的产业，作为手机，平板电脑，笔记本电脑和其他手持电子设备的电源。然而，严重的缺点 - 成本高，能量密度不足，充电时间长和循环寿命短 - 妨碍了LIBS在电动汽车和高效电能存储系统中的应用，可与风能和太阳能一起使用能源。

虽然电池行业越来越清楚，如果LIB对电动汽车和大规模储能有效，液体电解质的改进是必不可少的，但大多数LIB研究都集中在电极和固体电解质中间相。问题在于缺乏必要的实验能力，尤其是X射线光谱学。

Saykally和他的团队通过开发独特的液体微喷射技术解决了这一缺陷，其中两种含水样品快速混合并流过直径仅为几微米的精细尖端二氧化硅喷嘴。得到的液体光束在真空室中行进几厘米，然后被X射线束相交，然后被收集并冷凝出来。该液体微喷射系统已在伯克利实验室的高级光源(ALS)的Beamline 8.0.1中设置。Beamline 8.0.1是一种高通量波荡器光束线，可产生针对X射线光谱优化的X射线束。

“使用我们的液体微喷射系统在ALS工作，我们使用X射线吸收光谱学来研究碳酸亚丙酯中的四氟硼酸锂，”Saykally说。“X射线吸收光谱是一种原子特异性的核心能级电子态光谱探测器。它对目标原子的分子内和分子间环境都非常敏感。”

XAS实验光谱通过分子动力学和密度泛函理论光谱模拟来解释，该模拟由Prendergast和Saykally研究小组的研究生Jacob Smith在国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算机上进行。ALS，Molecular Foundry和NERSC都是能源部科学办公室的国家用户设施，在伯克利实验室举办。