电池

动力十足——核磁共振在锂离子电池技术中的潜力

从为我们的智能手机和笔记本电脑供电、助力新一代机动车辆上路,到为医院紧急供电,锂离子电池(LIB)广泛应用于各行各业。因此,其电池寿命和充电速度至关重要。
新一代电池

锂离子电池的价值

减少温室气体的排放
尽量减轻气候变化造成的影响
提升性能
缩短充电时间
尺寸更小,重量更轻
采用可持续材料
联系我们,了解如何利用NMR进行电池研究

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锂离子电池(LIB)的优势

自从二十世纪七十年代开发第一块锂离子电池(LIB)以及索尼于1991年推出首款商业可充电电池以来,1我们今天已无法想象没有移动电源的生活。2007年推出的、基于锂离子电池的iPhone,则永远改变了移动技术的面貌。

锂离子电池在所有类型的电池中具有最高的能量密度,因此,在提高性能和减轻环境影响方面具有强大的潜力。

可充电锂离子电池依赖于通过电解质中的离子和电子在两个电极(阳极和阴极)之间的运动,将化学能转化为电能,反之亦然。

放电时,锂离子通过电解质和隔膜,将电池内的电流从阳极运到阴极。充电时,外部电源施加的电压高于电池产生的电压,迫使充电电流在电池内从阴极流向阳极。然后,锂离子从阴极移动到阳极,并在此得到有效保存,以备将来释放。

利用NMR研究未来的电池

在电池开发中,通过改进目标离子迁移率来提高电池的内阻,有助于提高性能,例如使用分子添加剂。锂离子电池的内阻取决于电池离子液体中离子的迁移率。脉冲梯度自旋回波(PGSE)核磁共振(NMR)可用于通过分别、独立和原位的方式,测量不同离子的迁移率,来深入了解电阻。

这是通过使用带有DiffBB反向探头和GREAT60梯度放大器的布鲁克500 MHz HD WB ADVANCE III核磁共振波谱仪,在全自动的实验条件下,测量包括1H、19F和7Li在内的不同核在宽温度范围内的扩散情况而实现的。DiffBB是一种宽梯度探头,针对强梯度脉冲进行了优化,可用于范围在-40°C至+150°C的变温测量。

PGSE扩散显示出了锂离子电池研究领域的全新可能性,特别是DiffBB探头带来的全新的自动化测量系统,为电池技术领域的新发现铺平了道路,也为我们可持续发展的未来提供了动力。

100 °C时的扩散曲线。1H是在20 ms和100 ms的扩散时间下进行的实验,结果几乎相同,表明没有对流。

参考文献

  1. The history of battery technology: evolution of energy storage, Lion Smart. https://lionsmart.com/en/history-of-battery-technology/