拥有这双“透视眼”，电池内部将无所遁形

材料牛注：对于未知的事物，我们总保持着强烈的好奇心。如同一个黑色的箱子，我们会想要知道里面究竟装着什么。这种好奇心对于研究人员来说就是开启宝藏的钥匙。目前，一个研究团队开发了一种基于磁共振成像技术的新方法，能对电池内部构造提供详尽的三维图像。就如同透视眼一般，让电池内部无所遁形。

一个化学家研究团队目前开发出了一种新的方法，它能对电池内部构造提供详尽的三维图像。这项基于磁共振成像（MRI）的技术，为我们实时监测电池状态提供了解决途径。

“我们要解决的一个特殊挑战是如何在电池充电循环过程这一足够短的时间内观测到电池内部的3D构造。通过放大，我们可以测量电池内的小部件，从而诊断出电池的故障机理。我们相信，这些方法有望成为促进电池行业发展的重要技术。”该论文的作者、纽约大学化学系教授Alexej Jerschow说道。

这项研究工作目前已在美国国家科学院院刊中被报道，主要应用在充电的锂离子（Li-ion）电池上，进而服务于手机、电动车、笔记本电脑及其他许多电子设备。许多人认为锂金属是一种很有前途的，高效的电极材料，它可以提高性能，降低电池重量。然而，在电池充电过程中，锂金属易沉积或者形成枝晶，这可能会导致性能损失和安全问题，引起火灾和爆炸。因此，用锂金属生产高性能电池时，监测枝晶的生长是至关重要的。

该研究团队改进了先前的方法，目前已经可以使用磁共振成像（MRI）技术直观地观测锂枝晶。然而，这一过程灵敏度较低，分辨率也有限，因此很难观察到3D的枝晶及其精确的生长过程。考虑到这一点，研究人员试图通过改变电解质来改变电极之间电荷的迁移，从而加强这一过程的灵敏度和分辨率。改进之后，在枝晶附近的电解质MRI图像会扭曲失真，从而为枝晶的生长提供了一个高敏感度的测量方法。

此外，通过视觉捕捉这些扭曲，科学家们能够利用一个快速的核磁共振实验来构建枝晶的3D图像。该简易测定法不能在电池充电过程中使用，且需要打开电池，从而破坏了枝晶结构，改变了电池内发生的化学过程。

该论文的第一作者、纽约大学博士后研究员Andrew Ilott 表示：“该方法检查的是枝晶周围的空间和材料，而非枝晶本身。因此该方法更具有通用性。此外，我们可以检查其它金属形成的材料结构，例如，目前被认为是锂的替代品的钠或镁。3D图像能够帮助我们更加了解不同的电池运行条件下枝晶生长的形态和程度。”

原文链接：Chemists Offer Enhanced 3D Look Inside Batteries.

文献链接：Real-time 3D imaging of microstructure growth in battery cells using indirect MRI.

本文由编辑部杨洪期提供素材，应豆编译，点我加入材料人编辑部。