伯明翰大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，磁共振成像(MRI)可以提供一種支持下一代高性能可充電電池開(kāi)發(fā)的有效方法。

這項(xiàng)技術(shù)被開(kāi)發(fā)用來(lái)檢測(cè)鈉電池中鈉金屬離子的運(yùn)動(dòng)和沉積，它將能夠更快地評(píng)估新型電池材料，并有助于加快此類(lèi)電池的上市速度。

鈉電池被廣泛認(rèn)為是替代鋰離子電池的有前途的候選者，鋰離子電池目前廣泛用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)等設(shè)備中。生產(chǎn)鋰離子電池所需的幾種材料是關(guān)鍵或戰(zhàn)略性要素，因此，研究人員正在努力開(kāi)發(fā)替代性和更可持續(xù)的技術(shù)。

盡管鈉似乎具有生產(chǎn)高效電池所需的許多特性，但在優(yōu)化性能方面仍存在挑戰(zhàn)。其中的關(guān)鍵是了解鈉在電池充電和放電過(guò)程中的行為，從而確定故障點(diǎn)和降解機(jī)理。

由伯明翰大學(xué)化學(xué)學(xué)院的Melanie Britton博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與諾丁漢大學(xué)的研究人員一起開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)使用MRI掃描來(lái)監(jiān)測(cè)鈉在操作中的表現(xiàn)。

該研究小組還包括伯明翰大學(xué)冶金與材料學(xué)院能源材料小組的科學(xué)家以及倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的科學(xué)家。他們的結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》上。

這種成像技術(shù)將使科學(xué)家能夠了解鈉與不同的陽(yáng)極和陰極材料相互作用時(shí)的行為。他們還將能夠監(jiān)視樹(shù)枝狀晶體的生長(zhǎng)-樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)會(huì)隨著時(shí)間在電池內(nèi)部生長(zhǎng)并導(dǎo)致電池失效甚至著火。

Britton博士解釋說(shuō)：“由于電池是密封的電池，如果出現(xiàn)問(wèn)題，很難找出問(wèn)題所在。”“拆開(kāi)電池會(huì)帶來(lái)內(nèi)部變化，這使得很難看清原始缺陷是什么或發(fā)生的位置。但是使用我們開(kāi)發(fā)的核磁共振成像技術(shù)，我們實(shí)際上可以看到電池在運(yùn)行時(shí)發(fā)生了什么，我們對(duì)鈉的行為有了空前的見(jiàn)解。”

這項(xiàng)技術(shù)使我們了解到鈉離子電池運(yùn)行期間電池組件內(nèi)部變化的信息，而這些信息目前尚無(wú)法通過(guò)其他技術(shù)獲得。這將使我們能夠識(shí)別出故障機(jī)理，以檢測(cè)故障機(jī)理，從而使我們深入了解如何制造更長(zhǎng)壽命和更高性能的電池。

該團(tuán)隊(duì)使用的技術(shù)最初是與諾丁漢大學(xué)的彼得·曼斯菲爾德爵士影像中心的研究人員合作設(shè)計(jì)的，該中心由伯明翰-諾丁漢戰(zhàn)略合作基金資助。該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)鈉同位素的MRI掃描作為醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，并且該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑦@些協(xié)議改編為用于電池成像。伯明翰能源研究所的伯明翰儲(chǔ)能中心和伯明翰關(guān)鍵元素與戰(zhàn)略材料中心的主要工作是開(kāi)發(fā)新材料和進(jìn)行分析表征。