一種新型的薄型射頻檢測器，設計用于鋰離子電池內(nèi)部，可在充電和放電時提供有關(guān)電池健康的信息。

桑迪亞國家實驗室的物理學家埃里克·索特說：“它可以使研究人員在多年存放后檢查電池的功能和容量，而不會破壞電池。”

這項由桑迪亞實驗室指導研究與開發(fā)計劃資助的工作將幫助研究人員更好地了解電池并對其進行表征，以改善電池以用于可再生存儲和國家安全應用。制造商也可能會利用這一天來進行診斷測試，Sorte說。

磁共振探測器移動到電池內(nèi)部

當鋰離子電池為電子設備供電然后再充電時，內(nèi)部會發(fā)生化學和物理變化，從而隨著時間的推移會降低其功能。分子副產(chǎn)物隨著鋰離子嵌入并離開每個電極而形成。這些分子會消耗活性鋰并降低電池容量。電極還會發(fā)生不希望的化學變化，從而降低其保持電荷的能力。鋰的微觀尖峰可能會從電極表面生長出來，消耗關(guān)鍵的攜帶電荷的離子并產(chǎn)生潛在的易燃條件。

隨著研究人員努力提高鋰離子電池的性能，他們調(diào)整了電池的化學成分，并通過多次充電和放電使系統(tǒng)循環(huán)。然后，他們打開電池并在顯微鏡下檢查材料，以查看其結(jié)構(gòu)和組成如何變化。

如果研究人員可以監(jiān)視電池在充電和放電過程中的狀況，則可以更快地獲得該信息。他們目前這樣做的一種方式是使用與醫(yī)院中的磁共振成像相同的原理的技術(shù)。該方法通過查看來自分子中特定元素的信號來提供分子結(jié)構(gòu)和環(huán)境的線索。

它是這樣工作的：首先，儀器發(fā)送經(jīng)過調(diào)整的無線電波脈沖，以與鋰，硫或氫等元素中的特定原子核相互作用。當原子核重新回到其原始狀態(tài)時，它會發(fā)出一個信號，該信號根據(jù)原子的周圍環(huán)境可預測地發(fā)生變化。

研究人員以前曾使用此技術(shù)查看電池中的化學變化，但他們不得不以工作電池中不存在的方式修改電池組件。這是由Sorte與Sandia材料科學家Todd Alam和其他同事共同創(chuàng)建的這種新型檢測器，旨在用于日常使用的電池。它比一張紙還薄，可以制成任何形狀的電池。

研究人員已經(jīng)將其放入市售電池中。他們想象有一天在制造過程中將檢測器條插入電池中，因此它已經(jīng)包含了快速健康檢查所需的組件。

來自分子成分的特定信號指示電荷，化學變化

使用該檢測器，Sorte及其同事可以看到鋰離子與每個電極中的物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的獨特信號。這使他們能夠跟蹤在重復的充電和放電循環(huán)中電池可容納的電量。容量下降表明電池即將耗盡。

研究人員還可以看到電池工作時副反應過程中產(chǎn)生的分子產(chǎn)生的獨特信號。他們可以監(jiān)控這些分子副產(chǎn)物，然后調(diào)整電池的化學成分以減少不良反應。這些變化可以幫助他們改進電池，使其具有大規(guī)模可再生能源存儲等應用所需的性能。制造商還可以在一天內(nèi)使用該設備對電池進行診斷測試。

他補充說，同樣的方法和檢測條也可以用于觀察釩液流電池和其他化學物質(zhì)的內(nèi)部工作情況。Sorte還正在使用已經(jīng)存在的電極來監(jiān)測電池的內(nèi)部壽命，因此不需要其他組件。