研究人员首次记录了未经修改的、现成的纽扣电池充放电时的核磁共振(NMR)光谱。金属电池外壳阻止了核磁共振射频场的研究。但是美国桑迪亚国家实验室的一个研究小组找到了解决这个问题的方法——把电池转90°。

带线金属部件

资料来源:©Brennan J. Walder, Sandia国家实验室

将硬币单元的圆柱形对称轴垂直于入射射频场的方向,使研究人员能够记录敏感的、化学解析的、非侵入性的核磁共振数据

自1946年发现以来,核磁共振波谱使化学家能够确定分子结构,研究分子动力学和表征材料。作为一种非破坏性技术,了解电池运行时内部发生了什么也是一种理想的方法。但电池通常放在金属外壳内,这种外壳无法被用于激发和检测核磁共振活动核的射频脉冲穿透。需要对塑料包装或特殊改装的电池进行研究。

现在,一组研究人员发现,对商用锂离子纽扣电池(其金属外壳由非金属垫圈隔开的两半组成)进行核磁共振研究实际上是可行的。关键是把它们翻转过来,这样它们的圆柱形对称轴就垂直于射频场。这样一来,只有沿电池薄边缘的金属会挡住射频场,而射频场仍然可以穿透电池内部。

研究人员将不同的纽扣电池用胶带包裹起来以防止电接触,然后将其放入一个发夹线圈(一条弯曲成U形的铜条)中,然后将其装入核磁共振机。将电缆连接到电池上,他们可以在记录锂和氟核磁共振谱的同时对电池进行充电和放电——这是第一次用这种方式研究现成电池的操作。

锂光谱显示出阳极上的锂铝,阴极上的锂化二氧化锰,以及令人惊讶的少量电化学死元素锂——可能是制造过程中遗留下来的。

虽然这种方法适用于纽扣电池、袋电池和棱柱电池,但研究小组注意到,这种方法不太可能适用于完全封闭在金属中、没有非金属垫圈的长圆柱形电池。