化学家们提供增强的三维电池外观

出版时间:周二,9月13日,2016—05:16 在里面物理化学

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纽约大学的化学家们和他们的同事们已经开发出一种方法来产生非常详细的信息,电池内部的三维图像。这里显示的是充电后锂电池内部的三维图像,显示了两个电极之间的树突生长(沉积物可能会降低性能并危及安全),从而使电池短路。
图片由纽约大学杰绍实验室提供。

一组化学家开发出了一种方法,可以产生非常详细的信息,电池内部的三维图像。技术,基于磁共振成像(MRI)提供了一种实时监测这些电源状况的增强方法。“我们要解决的一个特别的挑战是,使测量结果具有3D和足够快的速度,所以它们可以在电池充电周期内完成,”纽约大学化学教授Alexej Jerschow解释说,这篇论文的资深作者。“这是通过使用固有的放大过程实现的,这使得人们可以测量电池内的小特征来诊断常见的电池故障机制。我们相信这些方法可以成为开发更好电池的重要技术。”

这项工作,描述于国家科学院学报,专注于可充电锂离子电池,用于手机,电动汽车,笔记本电脑,以及许多其他电子产品。很多人认为锂金属是一种有前途的材料,高效电极材料,这可以提高性能,减少电池重量。然而,在蓄电池充电过程中,会形成沉积物或“树枝状物”,从而导致性能损失和安全问题,包括火灾和爆炸。因此,监测枝晶的生长对于用这种材料生产高性能电池至关重要。

目前的方法,以前由同一个团队开发,使用核磁共振技术直接观察锂树突。然而,这些程序导致灵敏度较低,分辨率有限,因此很难在三维图像中看到树突,也很难精确地理解树突的聚集条件。

考虑到这一点,研究人员试图通过聚焦锂周围的电解质来加强这一过程,锂的电解质是用来在电极之间移动电荷的物质。明确地,他们发现电解质的磁共振成像在树突附近发生了强烈的扭曲,提供对生长时间和地点的高度敏感的度量。

此外,通过视觉捕捉这些扭曲,科学家们徳赢手机版能够从快速核磁共振实验中构建树突的3D图像。替代方法通常不适用于充电电池,需要打开电池,从而破坏了树突结构,改变了细胞的化学性质。

“该方法检查了树突周围的空间和材料,而不是树突本身,”安德鲁·伊洛特解释说,纽约大学博士后研究员和论文的主要作者。“因此,这种方法更为普遍。此外,我们可以检查其他金属形成的结构,比如,例如,钠或镁——目前被认为是锂的替代品。3D图像让我们对在不同的电池工作条件下可以生长的树突的形态和程度有了特别的了解。”

来源:纽约大学

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