MRI-scanning hjælper med næste generations batteridesign

Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) kan give en effektiv måde at understøtte udviklingen af ​​den næste generation af højtydende genopladelige batterier, ifølge forskning ledet af University of Birmingham.

Teknikken, som blev udviklet til at detektere bevægelse og aflejring af natriummetalioner i et natriumbatteri, vil muliggøre hurtigere evaluering af nye batterimaterialer, og hjælpe med at fremskynde denne type batteris vej til markedet.

Natriumbatterier er bredt anerkendt som en lovende kandidat til at erstatte lithium-ion-batterier, i øjeblikket udbredt i enheder som bærbar elektronik og elektriske køretøjer. Flere af de materialer, der kræves til at producere lithium-ion-batterier, er kritiske eller strategiske elementer, og derfor, forskere arbejder på at udvikle alternative og mere bæredygtige teknologier.

Selvom natrium ser ud til at have mange af de egenskaber, der kræves for at producere et effektivt batteri, der er udfordringer med at optimere ydelsen. Nøglen blandt disse er at forstå, hvordan natrium opfører sig inde i batteriet, når det gennemgår sin opladnings- og afladningscyklus, gør det muligt at identificere fejlpunkter og nedbrydningsmekanismer.

Et hold, ledet af Dr. Melanie Britton ved University of Birminghams School of Chemistry, har udviklet en teknik, med forskere fra Nottingham University, der bruger MR-scanning til at overvåge, hvordan natrium fungerer i operando.

Forskerholdet inkluderede også forskere fra Energy Materials Group i University of Birminghams School of Metallurgy and Materials, og fra Imperial College London. Deres resultater er offentliggjort i Naturkommunikation .

Denne billeddannelsesteknik vil gøre det muligt for forskere at forstå, hvordan natriumet opfører sig, når det interagerer med forskellige anode- og katodematerialer. De vil også være i stand til at overvåge væksten af ​​dendritter - grenlignende strukturer, der kan vokse inde i batteriet over tid og få det til at svigte, eller endda brænde.

"Fordi batteriet er en forseglet celle, når det går galt kan det være svært at se hvad fejlen er, " forklarer Dr. Britton. "At skille batteriet ad introducerer interne ændringer, der gør det svært at se, hvad den oprindelige fejl var, eller hvor den opstod. Men ved at bruge den MR-teknik, vi har udviklet, vi kan faktisk se, hvad der foregår inde i batteriet, mens det er i drift, giver os hidtil uset indsigt i, hvordan natriumet opfører sig."

Denne teknik giver os information om ændringen i batterikomponenterne under drift af et natriumionbatteri, som i øjeblikket ikke er tilgængelige for os gennem andre teknikker. Dette vil sætte os i stand til at identificere metoder til at detektere fejlmekanismer, når de sker, giver os indsigt i, hvordan man fremstiller længere levetid og bedre ydende batterier.

Teknikkerne, der blev brugt af holdet, blev først designet i et samarbejde med forskere ved Sir Peter Mansfield Imaging Center ved University of Nottingham, som blev finansieret af Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Dette projekt havde til formål at udvikle MRI-scanning af natriumisotoper som en medicinsk billeddannelsesteknik, og holdet var i stand til at tilpasse disse protokoller til brug i batteribilleddannelse. Udviklingen af ​​nye materialer og analytisk karakterisering er et primært fokus for Birmingham Center for Energy Storage og Birmingham Center for Critical Elements and Strategic Materials inden for Birmingham Energy Institute.