探测电池内部缺陷的核磁共振成像方法

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2018年5月4

一组化学家制定了一种基于核磁共振成像的方法，无需打开电池，就能迅速诊断出影响某些类型电池的因素——从确定电池中有多少电荷到检测电池内部缺陷。

一个化学家团队开发了一种基于核磁共振成像的技术，可以快速诊断出某些类型的电池的问题——从确定剩余电量到检测内部缺陷——而不需要打开电池。上面是测量设置的说明，显示了电池和带有检测介质(本例中是水)的支架，(d)显示了两者都插入到核磁共振磁体的磁孔内。(图片来源:Andrew Ilott和Alexej Jerschow)

“替代能源和电动汽车的使用将进一步增加对更好、更安全的电池的需求，”加州大学的教授阿列克谢·杰斯科(Alexej Jerschow)观察到纽约大学化学系他领导了这个研究小组。”然而，目前能在不破坏电池的情况下诊断电池健康状况的工具非常有限，我们的非侵入性技术提供了一种更快、更广泛的评估方法。”

这项发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究还包括安德鲁·伊洛特(Andrew Ilott)，他当时是纽约大学的博士后研究员，目前是百时美施贵宝(Bristol-Myers Squibb)的研究员;纽约大学博士候选人mohadese Mohammadi;以及罗切斯特理工学院(Rochester Institute of Technology)的研究科学家克里斯托弗·肖尔曼(Christopher Schauerman)和马修·甘特(Matthew Ganter)。

”确保电池质量和安全对生产过程至关重要，这可以为公司节省大量成本，防止灾难性电池故障的发生。”RIT电池原型中心的联合主任甘特说。

”这项工作不仅支持了整个电池行业，也支持了纽约不断增长的储能生态系统。”RIT电池原型中心的联合主任Christopher Schauerman补充道。

这项研究特别研究了可充电锂离子电池，这种电池用于笔记本电脑、手机和其他电子产品。

特别是可充电电池是可再生能源和电动汽车的储存等新技术的核心。

然而，手持设备和电动汽车的最新故障凸显了为这些创新技术设计电池的困难。此外，工程师在不拆除设备的情况下，往往无法确定缺陷的类型，甚至无法确定即将发生的电池故障，这通常会导致设备损坏。

一般来说，磁共振(MR)技术能够测量磁场地图上的细微变化，从而生成结构内部的图像。例如，磁共振成像(MRI)可以以非侵入性的方式生成人体器官的图像。

在《自然通讯》的研究中，研究人员使用了一种类似于核磁共振成像的方法。在这里，他们测量了电池电化学电池周围微小的磁场变化。

在他们的实验中，他们研究了不同状态下的锂离子电池——许多充电水平(即电池寿命)和条件(即少数损坏而其他完好)。这些电池由RIT电池原型中心的合作者组装。利用这些电池，纽约大学的研究小组能够将电池周围的磁场变化与不同的内部条件相匹配，暴露出电荷的状态和特定的缺陷。这些缺陷包括缺失和弯曲的电极，以及电池中微小的异物，这些都是在常规制造过程中可能发生的缺陷。