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研究人员使用 X 射线断层扫描来监测固态电池材料在充电和放电过程中的行为。
来自联邦材料研究与测试研究所 (BAM)、柏林洪堡大学、柏林亥姆霍兹中心和 Hereon 的研究人员通过交叉合作，成功地使用 X 射线断层扫描观察固态电池过程在充电和放电过程中生成高分辨率的三维 (3D) 图像。研究人员还发现，施加压力可以减少电池材料的开裂/断裂。
研究人员检查了固态电池工艺。图片由Adobe Stock提供
固态与锂离子电池
在德克萨斯大学奥斯汀分校的科克雷尔工程学院，以 94 岁高龄的锂离子 (Li-ion) 电池的共同发明者 John Goodenough 教授为首的一组研究人员开发出世界上第一个全-固态电池。Goodenough 与高级研究员 Maria Helena Braga 一起工作。
固态电池被认为是电池的未来。研究发现，这些类型的电池比锂离子电池更安全、更高效且更便宜。
由于液态电解质 (LE) 固有的易燃性，锂离子电池可能会过热并着火。另一方面，固态电池没有 LE，而是固态电解质 (SE)，这意味着它们即使过热也不会燃烧或爆炸。固态电池无需添加安全组件，在考虑为更小尺寸应用设计电池时，这也节省了空间。
CuS 固态电池内部的 3D 重建，因为铜微晶在 CuS 颗粒中形成。图片由Helmholtz-Zentrum Berlin提供
固态电池相对于锂离子电池的其他优势包括更高的能量密度和更短的充电时间。充电过程只需几分钟，因此您可以在充电后立即使用手机，而不是像传统锂离子电池那样等待数小时。这也意味着像您的手机这样的设备将持续更长时间，因为您不会在长时间充电时使用它！
研究团队应用 X 射线断层扫描
选择天然存在的硫化铜 (CuS) 作为所研究的正极电池材料。由 Philipp Adelhelm 教授和 Ingo Manke 博士领导的研究小组使用 X 射线层析成像术观察导致大铜微晶形成的放电反应。
Philipp Adelhelm 教授。图片由Adelhelm Group提供
X 射线层析成像是一种表征技术，它使用 X 射线在多个方向上通过物体的内部结构产生辐射。X 射线传感器用于将逸出的 X 射线辐射捕获为二维 (2D) 射线照相图像。处理图像以创建 3D 图像，可以从中提取详细的结构信息。该反应以 3D 形式进行追踪，研究人员首次可以追踪阴极粒子的运动。
通过严格的实验，研究人员表明高压可以减少称为开裂或破裂的现象。在充电和放电过程中，电极和电池水平的体积变化会导致断裂发生，这些断裂会影响电池的运行和性能。
