锂电池与电子顺磁共振作为一种新的研究工具

图1所示。锂离子电池。图片来源：维塔利Hrabar / Shutterstock.com

锂离子电池是无处不在今天的技术和研究了​​大量目前特别是确定哪些材料将形成“完美”的电极材料以改善其性能（亮度和能量密度）。欧洲杯足球竞彩¹

目前商业锂电池的阳极通常由石墨碳制成，因为它是一种轻且低成本的材料，提供了约370 mAh/g(每克毫安小时)的可接受比容量(SC)。^1,2

寻找最有效的阳极的推移,建议从阳极的碳纳米管可以通过实现一个三重当前性能SC 1000 mAh / g,硅的能量密度4200 mAh / g,最近和金属锂,锂电池的能量密度提高了400%。^3，4，5

许多负极材料都有需要解决的困难，例如硅会欧洲杯足球竞彩与锂电解质发生反应，从而导致电池结构的不稳定性。此外，像锂这样的金属阳极也会产生被称为树枝晶的不规则结构，这是在长时间使用电池期间生长的结晶金属结构，会破坏阳极。

然而在2014年斯坦福大学研究人员⁶产生使用互连的碳圆顶（纳米球），该充电和形式树突期间未展开的保护层纯锂阳极。

锂氧电池

电池研究的一个最令人兴奋的领域涉及锂氧电池,远离传统的锂的方法,使用锂在阳极氧化和还原的氧阴极控制金属催化剂如钌和锰电池存储过程。⁷

锂空气电池理论上可以达到3840毫安时/克(类似于传统汽油)的能量密度，在汽车电池领域具有很大潜力。⁸然而，由于开发这些电池涉及复杂的氧化电化学，新的分析方法，如电子顺磁共振(EPR)必须被采用，以帮助理解氧化过程。

电子顺磁共振光谱

EPR或电子自旋共振（ESR）光谱⁹是用于与不成对电子学材料的有用的分析技术。欧洲杯足球竞彩原则上核磁共振（NMR）类似，EPR允许通过微波在一个强大的磁场激励不成对电子自旋的能级的研究。

EPR在研究存在未配对电子的金属配合物或有机自由基方面表现出特别的有效性。电池研究是EPR相对较新的领域，但其可靠性已在电池系统充放电循环中形成的锂枝晶的研究中得到证实(在Operando.）实验。¹⁰

EPR提供一种英法fi cient方式定位和分析“运行期间和在与扫描电子显微镜（SEM）一起使用时的阳极和阴极表面上electron'-相关现象实际上可以看到实时发生的氧化还原过程。

EPR成像和仪器

利用总部设在法国的一个研究小组布鲁克ELEXSYS EPR仪表最近采取EPR阶段进一步用于电池的研究¹¹并开发了一种EPR成像程序。这意味着发生在电极表面的氧化过程涉及过氧化物和过氧化物(0₂^-N）可以以类似的方式，以磁共振成像（MRI）分析期间观察首次。

该组使用的Bruker ELEXSYS E580光谱仪，用专门设计的微波兼容的电化学电池和锂₂俄文_０．７５Sn_0．25O_3.电极，监测氧化还原循环过程中自由基氧的形成和消失。

目前原位或者在Operando.EPRI仍处于开发的早期阶段，可以从更高的分辨率中获益。目前，提高EPR成像分辨率的方法是将梯度强度提高到1Tcm^-1并且还通过使用EPR微谐振具有较高B1连接的视场，以增加灵敏度和分辨率。

与这些改进在Operando.EPRI被设定为成为电池电极表征提供关于在阴离子氧化还原过程的独特信息的强大的分析工具 - 以及作为阳离子 - 网络。

EPRI现在可以提供手段来研究的氧化还原物质的动力学在一个范围的系统中，如Li富镍钼钴（NMC）的电极，俪空气，栗-S和Li-有机电池用过氧化物/超氧化物，polysul音响DES或自由基阴离子。

力量的仪器

该ELEXSYS E 580是一种高灵敏度的EPR仪器，允许傅立叶变换脉冲EPR数据采集，可以成功地用于成像顺磁物种的氧化还原过程在微米分辨率。

图2。PatternJet-II通道。图片来源:布鲁克公司

参考资料

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这些信息来源于Bruker BioSpin - NMR、EPR和Imaging提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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