利用中子深入研究電池效率

材料牛注：在探究電池在首次充電周期中的原子流體界面反應、結構和運輸中心項目的調查中，Robert Sacci和他的同事們用散裂中子源的振動譜儀獲得化學信息。

從電動汽車到可穿戴設備，可充電電池的應用范圍很廣，但是目前仍有一些問題限制了其向更時尚、更持久和更高效的方向發展。當帶電的原子（通常稱做離子）通過能促進分子混合的電解質，在電路中從正極（陽極）移動到負極（陰極），電池中就產生了電流。

在美國能源部橡樹嶺國家實驗室的科學家們正在研究提高可再充電鋰電池壽命的技術。鋰是一種能緊緊包裹石墨陽極材料的小原子。有價值的鋰離子在給電池提供電荷的過程中慢慢減少，同時也在初始充電的過程中在電池陽極形成薄涂層而被消耗。ORNL的研究人員使用了兩個世界上最強大的中子科學設施來試著理解這一現象背后的動力學。

由發表在Journal of Physical Chemistry C上的論文可知，ORNL的研究人員研究自然生長的薄膜，這種薄膜被稱為固體電解質界面（SEI）。這種納米涂層能夠保護新電池并且使電池穩定，但是成本較高。由氫氣，碳，鋰和氧氣分子混合物組成的電解質強制分解來形成這種薄膜。

Robert Sacci是這篇文章的第一作者同時也是材料科學和技術部門的科學家，他指出“研究的重點是要增加電池中的鋰的數量，當開發一種電池的時候需要放入過量的鋰，因為它在形成這種薄膜的時候被消耗或用盡。”

Sacci和他的同事使用被稱為中子的亞原子束來深入研究在首次充電周期中電池原子的反應。中子在研究過程中是必不可少的，因為它們可以很容易的進入三維結構并且中子對氫氣（電解質的重要組成部分）濃度的變化較為敏感。

ORNL研究人員把帶有中子的陽極樣品作為研究目標，這些中子來自散裂中子源，它是世界上最強烈的脈沖光束和高磁通量同位素反應堆，而且最高的連續梁研究反應堆在美國。在中子束穿透材料后他們跟蹤中子的散射路徑，創造出一個樣品分子不斷更新的動力學圖譜。

材料人編輯部： 素材：顧玥 翻譯：張克云 審核：趙丹

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