弗吉尼亚理工大学发现诊断故障的方法 或能实现更好的电池

据外媒报道，弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）的化学团队发现一种观察电池界面的方法，这些界面位于电芯内部的深处，紧密而复杂。该团队由Feng Lin和Louis Madsen领导。研究人员Jungki Min表示：“这些界面存在重要的长期挑战。研究人员一直在尝试更好地控制这些深藏的表面。”

该团队成员偶然发现了一种新的成像技术，能够从内部观察运行中的电芯。最初，研究人员探讨的是电解质材料的新配方。

电解质夹在阳极（负极）和阴极（正极）之间，这种填充物可以携带带电粒子（即离子）来回移动，以实现电池充放电。电解质具有多种可能的成分组合，包括盐、溶剂和添加剂。它们可以是液体、固体、凝胶状，甚至是多相的，这意味着材料可以根据条件从刚性变为柔性。但是，对于运送电荷这一关键任务来说，什么材料是最好的呢？

这是目前研究人员探讨的重大问题之一，也是开发寿命更长、能在极端温度下保持稳定的高能电池的关键。对于下一代电动汽车、电器和其他电池供电技术（人工智能），这些都是重要的性能。

能量消失的地方

为了回答这一问题，研究人员着眼于多相聚合物电解质，这可能在相同尺寸的电池中储存更多的能量，同时比传统电池更安全、成本更低。2015年，Madsen的实验室发现了一种称为分子离子复合材料的多相电解质。Madsen和Lin的团队一直基于这种配方共同构建锂电池和钠电池，并不断进行改进。

然而，有一些问题是，电池中存在奇怪的生长和不良行为。这些行为出现在电解质和电极相遇的地方，也就是电池界面。过去几年，Min多次前往布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory），以了解是何种原因引起这种奇怪的界面行为。布鲁克海文的高效X射线束线大量用于分析陨石和真菌等物质，但从未用来观察聚合物电解质。

研究人员发现，结合来自其他成像技术的结果，他们可以精确地找出问题的根源，即在电池循环过程中部分结构支撑系统出现故障，最终导致故障。但是，这不仅仅是简单的诊断。从现在开始，研究人员可以利用这种技术，最终看到深处界面的复杂结构和化学反应。

Lin表示：“这是多个研究实验室之间的一次卓越合作。现在，研究人员拥有很好的机械图像，可用于更好地指导设计固体聚合物电池中的界面和中间相。”