电池的退化
一支国际科学家团队一直在研究导致锂电池电极电池退化的动态过程，并使用中子和x射线断层扫描来提高他们对相关过程的理解。
来自柏林亥姆霍茨－ zentrum实验室和伦敦大学学院的研究小组正在使用一种数学方法，他们将电极以紧凑的圆柱体形式展开，观察电极表面的过程。
电池的三维图像，几乎与计算机程序一致
Alessandro Tengattini是法国格勒诺布尔成像研究所的仪器科学家，他表示“这项研究主要集中在两个方面。我们想要提高效率水平，这样就可以开发出更耐用的电池，可以承受更多的充电周期，另一个问题是安全问题。全世界已经有很多锂电池着火爆炸或电池膨胀的案例。两者都存在严重的风险。
“我们对电子设备的要求越来越高，所以我们需要了解电池内部发生的微小波动。例如，在电池的特定区域，你可以看到高得多的耗竭率，可以观察到电池的断裂和损坏区域，这可能对安全产生重大影响。
“虽然我不会说目前监测电池的方法不管用，但它们没有为我们提供足够的信息。”
为了更好地了解电池的结构，研究人员已经能够使用两种互补的断层扫描方法的组合来观察充电和放电时的电极表面。
数据由hzbberii和Institut Laue－Langevin （ILL）提供，然后在格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施（ESRF）使用x射线断层摄影术。在那里，数据被用来分析电极的微结构和检测任何变形和不连续性。
Tengattini解释“在这一结构层面上的研究很少，所以通过中子断层扫描可以直接观察锂离子的迁移情况，从而确定电解质在电池中的分布是如何随时间变化的。”
“这种电子展开技术使我们能够分析电池内部，当它们被使用时，识别出几乎微米的微小波动。”
NeXT－Grenoble实验室的仪器可以同时获取x射线和中子层析成像，这是Laue－Langevin研究所和Grenoble－Alpes大学合作开发的。
Tengattini“很难用x射线来分析锂，因为它是一种重量轻的元素，但是结合Laue－Langevin研究所（ILL）提供的高通量中子，我们现在已经开始更多地了解在锂离子电池使用过程中起作用的电化学和机械性能。”
当谈到锂离子电池时，其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来实现的——这是因为电极需要一个大的表面来促进高容量和快速充电。
这种数学方法使物理学家们几乎可以展开电池的电极——因为电池的圆柱形绕组很难定量检测。
只有通过数学分析和虚拟展开，才能得出关于绕组各个部分的过程的结论。算法最初是为展开纸莎草卷轴而设计的，但可以用来找出紧凑密集的缠绕电池到底发生了什么——因此缠绕电池的特征问题现在可以研究了。
根据Tengattini的说法，这项研究得出了一些有趣的发现。
“我们发现内部绕组的电化学活性与外部绕组完全不同。此外，电池的上部和下部表现得非常不同。
“中子数据还显示了一些缺乏电解质的区域，这可能会严重限制各自电极部分的功能。”它也可以表明，阳极并不是同样良好的负载和卸载与锂无处不在。”
Tengattini的研究不仅在电池内部出现了加速和耗尽速度更快的小块区域，而且电池的部分区域也完全关闭了。
“到目前为止，我们只对一小部分电池进行了这项研究。虽然我们已经观察到一些模式，但更详细的研究可能会提出更多电池失效的原因。我们仍然需要更好地理解一些元素。“
“尽管如此，这项研究将帮助我们制定具体的策略，以改善绕线电池的设计。”
Tengattini总结道“就像所有有限的资源一样，我们可以预期‘电力革命’将导致锂离子电池对更少资源的更大需求。因此，为了满足这一需求，我们需要更好地了解这些电池的核心是什么，虽然我们开发的技术可能会导致对未来电池设计方式的修正，但现在下结论还为时过早。尽管如此，这是向前迈出的重要一步。”
x射线断层扫描显示了电接触区域的断裂
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