研究人员利用超低场核磁共振实现可充电电池无损检测

盖世汽车讯 从便携式电子设备、电动汽车到可再生能源存储设备，可充电电池应用广泛。电池故障通常是由于电解质的流失或化学降解造成的。

据外媒报道，一个由德国美因茨亥姆霍兹研究所（Helmholtz Institute Mainz）、达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心（GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung）分支机构、美因茨约翰内斯·古腾堡大学（Johannes Gutenberg University Mainz）、柏林联邦物理技术研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt）和纽约大学（New York University）组成的国际研究团队，利用特殊的核磁共振技术，研究了如何透过电池外壳对电解质进行无损诊断。

相关研究成果已发表于期刊《Chemical Science》。

图片来源：亥姆霍兹重离子研究中心

可充电电池的工作原理

电池以化学形式储存电能。其内部包含两个金属电极和一种称为电解质的介质。放电时，会发生化学反应，带电粒子在内部迁移，而电子则流经外部电路，从而释放电能。

在可充电电池中，这个过程是可逆的：充电会重置化学反应，使储能装置能够再次使用。经过多次充电循环后，电解质会发生变化、老化或泄漏，这可能导致电池无法使用，在最坏的情况下，甚至会因发热或爆炸而造成危险。

该研究的共同第一作者Anne Fabricant博士表示：“目前缺乏可靠的电池状态无损检测方法，因为使用传统技术无法透过电池外壳确定电解质的含量和化学成分。而这正是我们研究的切入点。我们使用一种叫做零场至超低场磁共振的技术来检测电池。这种技术可以穿透电池外壳，让我们能够看到电池内部。”

这种诊断技术，也称为零场至超低场核磁共振（ZULF NMR），无需强外部磁场即可测量核磁共振信号。

ZULF NMR方法的倡导者之一Dmitry Budker教授解释说：“在我们的测试中，我们能够透过金属电池外壳直接检测和定量分析商用电解质中的溶剂和锂盐成分。这些电池是实际封装的，包括电动汽车中使用的软包电池。我们由此验证了这一概念，并为该技术的实际应用铺平了道路。”

未来，ZULF NMR技术可用于在运行过程中对可充电电池的完整性进行原位测量。这是一个日益重要的课题，因为此类电池用途广泛，例如用于手机、笔记本电脑等小型移动设备，以及电动汽车等大型设备。它们在可再生能源存储方面尤其具有重要意义。

此外，这些测量还有助于更深入地了解电化学过程，并推动下一代电池技术的研发。

该研究项目的主要合作者Alexej Jerschow教授表示：“无损地表征电解质的体积和成分的能力有助于优化电池设计，并在电池的整个生命周期中发挥至关重要的质量控制作用。”

Budker教授的研究团队正计划开展进一步的实验以改进诊断方法。“我们有很多想法，例如如何提高检测的准确性和速度，如何检测更大的电池，以及如何降低成本。我相信，从长远来看，这项技术将与其他更具侵入性的诊断方法并驾齐驱。”