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化学家提供增强型3D电池外观

  

纽约大学的化学家和他们的同事们已经开发出一种方法,可以生成电池内部的高度详细的三维图像。 此处显示的是充电后锂电池内部的3D图像,并显示出枝晶生长-沉积会降低性能并损害安全性-在使电池短路的两个电极之间。

 

  一组化学家开发了一种方法,可以生成电池内部的高度详细的三维图像。该技术基于磁共振成像(MRI),提供了一种增强的方法来实时监视这些电源的状态。该论文的资深作者纽约大学化学系教授Alexej Jerschow解释说:“我们要解决的一个特殊挑战是使3D测量足够快,以便可以在电池充电周期内进行测量。” “通过使用固有的扩增过程使之成为可能,该过程允许人们测量电池中的细小特征以诊断常见的电池故障机制。我们相信,这些方法可能成为开发更好电池的重要技术。”

  在《美国国家科学院院刊》上描述的这项工作着眼于可充电锂离子(Li-ion)电池,该电池用于手机,电动汽车,笔记本电脑和许多其他电子产品中。许多人将锂金属视为一种有前途的高效电极材料,可以提高性能并减轻电池重量。但是,在电池充电过程中会积聚沉积物或“树枝状晶体”,这会导致性能损失和安全隐患,包括起火和爆炸。因此,监测树枝状晶体的生长对于用这种材料生产高性能电池至关重要。

  同一小组先前开发的当前方法已使用MRI技术直接观察锂枝晶。但是,这样的过程导致较低的灵敏度和有限的分辨率,从而使得难以在3D模式下看到树枝状晶体并难以准确了解其聚集的条件。

  考虑到这一点,研究人员试图通过专注于锂周围的电解质(用于在电极之间移动电荷的物质)来增强此过程。具体来说,他们发现电解质的MRI图像在树枝状晶体附近变得严重扭曲,从而提供了何时以及在何处生长的高度灵敏的度量。

  此外,通过视觉捕捉这些畸变,科学家们能够通过快速MRI实验构建出树枝状晶体的3D图像。替代方法通常在充电电池上不起作用,并且需要打开电池,从而破坏树枝状结构并改变电池的化学性质。

  纽约大学的博士后兼论文的主要作者安德鲁·伊洛特(Andrew Ilott)解释说:“该方法检查的是树枝状结构周围的空间和材料,而不是树枝状结构本身。” “因此,该方法更加通用。此外,我们可以检查由其他金属(例如钠或镁)形成的结构,这些材料目前被视为锂的替代品。3D图像为我们提供了特别的见解可以在不同的电池操作条件下生长的树枝状晶体的形态和程度。”

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