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美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Sci. Adv.：首次！金屬外殼紐扣電池的核磁共振光譜

通常認(rèn)為帶有金屬外殼的電池與核磁共振 (NMR) 光譜不兼容，因?yàn)樨?fù)責(zé)激發(fā)和檢測(cè)NMR活性核的振蕩射頻磁場(chǎng)（“rf 場(chǎng)”）不會(huì)穿透金屬。

在此，美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Brennan J. Walder等人研究表明rf場(chǎng)仍然可以有效地穿透帶有金屬外殼的紐扣電池的非金屬層。

作者使用外部NMR線圈在紐扣電池中實(shí)現(xiàn)了靈敏的、化學(xué)解析的、非侵入性的operando核磁共振測(cè)試，只需將紐扣電池的圓柱對(duì)稱軸定向?yàn)榇怪庇谌肷銪1射頻場(chǎng)的方向。在使用外部發(fā)夾NMR線圈描述功能設(shè)置后，作者繼續(xù)在未經(jīng)修改的商用產(chǎn)品 (COTS) 紐扣電池上展示化學(xué)分解的in-situ和operando核磁共振光譜。

圖1. 帶有金屬外殼的紐扣電池核磁共振波譜測(cè)試準(zhǔn)備

這不僅是對(duì)未改性COTS電池的首次原位NMR測(cè)量，而且是對(duì)具有Li-Al負(fù)極的電池進(jìn)行的首次原位NMR測(cè)量。Operando ⁷Li NMR報(bào)告了β-鋁化鋰 (β-LiAl) 金屬間相和正極的基于MnO₂的鋰嵌入化合物內(nèi)的實(shí)時(shí)變化。

作者測(cè)量了β-LiAl ⁷Li NMR奈特位移和橫向自旋弛豫參數(shù)T2’的實(shí)時(shí)變化，這些特性與材料中晶格空位的濃度有關(guān)。該研究表明核磁共振波譜可以輕松輕松地獲取來自真實(shí)紐扣電池的豐富、實(shí)時(shí)的化學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息。

圖2. COTS紐扣電池前三個(gè)電化學(xué)循環(huán)⁷Li NMR 結(jié)果

NMR spectroscopy of coin cell batteries with metal casings, Science Advances 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abg8298

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