擁有這雙“透視眼”，電池內部將無所遁形

材料牛注：對于未知的事物，我們總保持著強烈的好奇心。如同一個黑色的箱子，我們會想要知道里面究竟裝著什么。這種好奇心對于研究人員來說就是開啟寶藏的鑰匙。目前，一個研究團隊開發了一種基于磁共振成像技術的新方法，能對電池內部構造提供詳盡的三維圖像。就如同透視眼一般，讓電池內部無所遁形。

一個化學家研究團隊目前開發出了一種新的方法，它能對電池內部構造提供詳盡的三維圖像。這項基于磁共振成像（MRI）的技術，為我們實時監測電池狀態提供了解決途徑。

“我們要解決的一個特殊挑戰是如何在電池充電循環過程這一足夠短的時間內觀測到電池內部的3D構造。通過放大，我們可以測量電池內的小部件，從而診斷出電池的故障機理。我們相信，這些方法有望成為促進電池行業發展的重要技術。”該論文的作者、紐約大學化學系教授Alexej Jerschow說道。

這項研究工作目前已在美國國家科學院院刊中被報道，主要應用在充電的鋰離子（Li-ion）電池上，進而服務于手機、電動車、筆記本電腦及其他許多電子設備。許多人認為鋰金屬是一種很有前途的，高效的電極材料，它可以提高性能，降低電池重量。然而，在電池充電過程中，鋰金屬易沉積或者形成枝晶，這可能會導致性能損失和安全問題，引起火災和爆炸。因此，用鋰金屬生產高性能電池時，監測枝晶的生長是至關重要的。

該研究團隊改進了先前的方法，目前已經可以使用磁共振成像（MRI）技術直觀地觀測鋰枝晶。然而，這一過程靈敏度較低，分辨率也有限，因此很難觀察到3D的枝晶及其精確的生長過程。考慮到這一點，研究人員試圖通過改變電解質來改變電極之間電荷的遷移，從而加強這一過程的靈敏度和分辨率。改進之后，在枝晶附近的電解質MRI圖像會扭曲失真，從而為枝晶的生長提供了一個高敏感度的測量方法。

此外，通過視覺捕捉這些扭曲，科學家們能夠利用一個快速的核磁共振實驗來構建枝晶的3D圖像。該簡易測定法不能在電池充電過程中使用，且需要打開電池，從而破壞了枝晶結構，改變了電池內發生的化學過程。

該論文的第一作者、紐約大學博士后研究員Andrew Ilott 表示：“該方法檢查的是枝晶周圍的空間和材料，而非枝晶本身。因此該方法更具有通用性。此外，我們可以檢查其它金屬形成的材料結構，例如，目前被認為是鋰的替代品的鈉或鎂。3D圖像能夠幫助我們更加了解不同的電池運行條件下枝晶生長的形態和程度。”

原文鏈接：Chemists Offer Enhanced 3D Look Inside Batteries.

文獻鏈接：Real-time 3D imaging of microstructure growth in battery cells using indirect MRI.

本文由編輯部楊洪期提供素材，應豆編譯，點我加入材料人編輯部。