現(xiàn)在，對(duì)高性能、穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命電池的需求日益增長(zhǎng)。為了持續(xù)改進(jìn)電池技術(shù)，在真實(shí)的操作條件下持續(xù)監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部的動(dòng)態(tài)化學(xué)，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并充分提高電池性能。據(jù)外媒報(bào)道，法蘭西學(xué)院（Collège de France）、法國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能研究網(wǎng)絡(luò)（RS2E）和雷恩大學(xué)（CNRS）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，可在真實(shí)工作條件下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈉離子和鋰離子電池電芯中的電解質(zhì)演變過(guò)程。該方法基于操作式紅外光纖倏逝波光譜（operando infrared fiber evanescent wave spectroscopy）測(cè)量技術(shù)。
研究人員Jean Marie Tarascon表示：“電池是一種電化學(xué)裝置，可進(jìn)行化學(xué)儲(chǔ)能。寄生反應(yīng)（如電解質(zhì)降解）有助于改善或降低電池性能。因此，推進(jìn)操作技術(shù)邊界，監(jiān)測(cè)復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，具有重要意義?！?/FONT>
在之前的研究中，Tarascon及其同事發(fā)現(xiàn)了一種策略，可在“正?！惫ぷ鳁l件下測(cè)量電池電芯的溫度和壓力。該策略包括將嵌入光纖布拉格光柵（FBG）傳感器的單模二氧化硅光纖（即在短距離內(nèi)周期性調(diào)制二氧化硅纖維的折射率）插入電池。Tarascon表示：“通過(guò)這種方法，可以估算與電解質(zhì)部分分解和固體電解質(zhì)界面膜（SEI）形成相關(guān)的能量。SEI是在電池電極上形成的離子導(dǎo)電和電子絕緣層。然而，研究人員未能確定該過(guò)程涉及的化學(xué)物類，因?yàn)樵摐y(cè)量方法未涉及光纖的化學(xué)環(huán)境?！?/FONT>
這種監(jiān)測(cè)電芯內(nèi)電解質(zhì)變化的策略，基于放置在電池內(nèi)的硫系玻璃光纖中的紅外光傳輸。這種紅外光與電池成分相互作用，使研究人員能夠識(shí)別和跟蹤光纖周圍的化學(xué)分子。Tarascon表示：“通過(guò)這種方法，可以觀察到電解質(zhì)的演變，以及根據(jù)電荷狀態(tài)在電極中插入/取出鈉鋰離子的過(guò)程。借助這一系統(tǒng)，研究人員還能觀察電解質(zhì)和負(fù)極材料之間的SEI。該層體既具有離子導(dǎo)電性，又具有電子絕緣性，決定了電池的續(xù)航時(shí)間。”
通過(guò)這種方法，研究人員可以更好地了解特定電池內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)過(guò)程，及其如何隨著時(shí)間的推移而演變。除了觀察電解質(zhì)（即電池內(nèi)含有離子并可被電解分解的物質(zhì)）的演變，該策略還可用于跟蹤與SEI成核和生長(zhǎng)相關(guān)的化學(xué)物類。SEI形成于電池充電的第一步。Tarascon表示：“目前，為了找到理想的SEI選項(xiàng)，提高電池的壽命，需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)優(yōu)化電解質(zhì)和方案。采用新設(shè)計(jì)的方法，可以快速準(zhǔn)確地看到電池配方中的每一種元素是如何演變的，及其如何與其他元素相互作用，并影響電池性能?！?/FONT>
該團(tuán)隊(duì)提出的新方法，未來(lái)可能有助于簡(jiǎn)化和改進(jìn)電池技術(shù)設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，研究人員計(jì)劃，繼續(xù)改進(jìn)測(cè)量策略并開(kāi)發(fā)新的策略，以收集更多關(guān)于SEI層的信息。Tarascon表示：“除了揭示寄生電解質(zhì)降解過(guò)程中的相關(guān)化學(xué)物類，這種分析方法還對(duì)插入過(guò)程和在循環(huán)過(guò)程中電芯內(nèi)的Na（Li）儲(chǔ)量進(jìn)行了探討。此外，監(jiān)測(cè)SEI成核和循環(huán)生長(zhǎng)等過(guò)程的可行性，將有助于開(kāi)發(fā)更好的老化模型，從而幫助開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)。這種操作技術(shù)也可以應(yīng)用于其他儲(chǔ)能設(shè)備（如燃料電池和超級(jí)電容器）。”
（轉(zhuǎn)載）
