国际团队开发了精确测量LIB中离子迁移的技术

一个国际研究人员团队已展示了多种技术组合，可精确测量通过锂离子电池移动的离子。这些研究人员使用美国能源部（DOE）阿尔贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的美国能源部（DOE）科学用户设施办公室的高级光子源（APS），不仅可以观察电池在运行中的状态，可以实时测量反应，还可以使用不同类型的电池开启了类似实验的大门。

研究人员与由阿贡（Argonne）领导的DOE能源创新中心联合储能研究联合中心（JCESR）共同研究了这一结果。研究小组的论文详细介绍了锂离子通过聚合物电解质的速度，该论文发表在RSC期刊《能源与环境科学》上。

弥合微观和宏观长度尺度的电解质中离子迁移的预测知识对于设计新的离子导体和模拟器件性能至关重要。在这里，我们采用了一种新颖的方法，将操作X射线光子相关光谱，X射线吸收显微镜，连续模型和分子动力学模拟相结合，以探测基线聚合物锂离子电池电解质中的离子迁移。

在极化状态下的Li / PEO–LiTFSI / Li对称电池中，我们确定并合理化了微观特性，包括局部电解质速度和离子相关性，并将此见解与已测量和模拟的宏观离子浓度梯度相关联。通过在长度范围内关联我们的结果，我们建议相当独立于浓度的转移数约为0.2。我们的研究表明，操作X射线光子相关光谱技术在了解动态现象方面具有广泛的适用性。—Steinrück等。

这些方法是在APS的射线线8-ID-I处执行的，包括使用超亮X射线来测量穿过电池的离子的速度，并同时测量电解质中离子的浓度，电池电量耗尽。然后，研究小组将其结果与数学模型进行比较。他们的结果是一个非常准确的数字，表示离子所携带的电流-传输数。

迁移数实质上是带正电的离子相对于总电流所携带的电流量；根据小组的计算，该数字约为0.2。研究人员说，由于这种测量离子运动新方法的敏感性，该结论与其他方法得出的结论不同。

科罗拉多大学博尔德大学教授，论文的作者迈克尔·托尼说:

测量运输数量的传统方法是分析电流。但未知多少电流归因于锂离子，多少归因于您在分析中不需要的其他事物。原理很简单，但是我们必须准确地进行测量。这当然是概念的证明。-迈克尔·托尼

对于该实验，研究团队使用了固态聚合物电解质，而不是锂离子电池中广泛使用的液态电解质。正如Toney所指出的，聚合物更安全，因为它们避免了某些液体电解质的可燃性问题。

Argonne的JCESR副主任，本文的作者Venkat Srinivasan具有丰富的电池内部反应建模经验，但这是他第一次能够将这些模型与有关离子通过电解质运动的实时数据进行比较。

斯里尼瓦桑说，过去，研究电池内部工作的最好方法是使电流通过电池，然后分析随后发生的情况。他说，实时追踪离子运动的能力为科学家提供了改变离子运动以适应其电池设计需求的机会。

Argonne X射线科学部的物理学家Eric Dufresne是从事此项目的APS科学家之一。该论文的作者杜夫雷斯尼说，该实验利用了APS上的相干性，从而使研究团队能够捕捉到他们正在寻找的仅每秒纳米速度的效果。

这是一项非常彻底和复杂的研究。这是一个以新颖的方式结合X射线技术的很好的例子，并且是开发未来应用程序的良好一步。埃里克·杜弗雷斯

Dufresne和他的同事们还指出，只有当APS对其电子存储环进行升级时，这些实验才会改善，这将使产生的X射线的亮度提高多达500倍。

Steinrück说，下一步是分析更复杂的聚合物和其他材料，并最终分析成液体电解质。托尼说，他想研究其他类型物质的离子，例如钙和锌。

斯里尼瓦桑说，检查各种材料对于最终目标很重要：精确设计用于其个人用途的电池。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

如果我们要制造高能量，快速，安全，持久的电池，我们需要更多地了解离子运动。我们需要更多地了解电池内部发生的情况，并利用这些知识从下至上设计新材料。—Venkat Srinivasan

这项工作得到了能源存储研究联合中心的支持，该中心是一个由美国能源部科学技术办公室，基础能源科学资助的能源创新中心。