利用中子和X射线断层扫描术了解电池内部情况 或提升锂电池性能

据外媒报道，锂电池可以为智能手机、笔记本电脑、电动自行车和电动汽车等提供动力，而且将能量存储在一个非常小的空间中。此种紧凑的设计通常是通过将电池电极的薄夹层缠绕成圆柱形得以实现，因为电极必须具备很大的表面积才能够实现高容量和快速充电。

（图片来源：亥姆霍兹联合会）

德国柏林亥姆霍兹联合会（Helmholtz-Zentrum Berlin）与英国伦敦大学学院（University College London）的一个国际研究小组首次结合使用两种互补的断层扫描法，对电池充放电期间电极表面状况进行了研究。他们在法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施（ESRF）采用X射线断层扫描，能够分析电极的微观结构，并探测到充电周期中发生的变形和不连续情况。

HZB断层扫描专家Ingo Manke博士表示：“另一方面，中子断层扫描技术能够直接观察锂离子的迁移，并确定电解质在电池中的分布如何随时间而变化。”

柏林祖斯学院（Zuse-Institut）研发了新型数学方法，让物理学家们能够解开电池电极，因为很难对电池的圆柱形线圈进行定量检测。只有通过数学分析，将电极展开，才能够得出有关于绕组各个部分的的结论。

采用此种方法可以研究圈绕式电池的特性问题，例如，内部绕组显示出与外部绕组完全不同的化学活性（锂容量）。此外，电池的上部和下部也各有不同的表现。中子数据还可以显示出缺乏电解质的区域，即严重限制各自电极功能的区域，还可以表明，阳极并没有平等地到处装载和未装载锂。

研究人员表示：“我们研发的工艺为我们提供了一个独特的工具，可以让我们在电池运行过程中查看电池内部情况，并分析出性能损失发生的位置和原因，让我们能够制定具体的策略，以改善圈绕式电池的设计。”