蓋世汽車訊 電池電芯是一個復雜且不斷變化的系統(tǒng)，每一個粒子都有一個故事。

（圖片來源：NREL）

據(jù)外媒報道，在美國國家可再生能源實驗室（NREL），有一個共識是X射線成像技術是解鎖儲能系統(tǒng)性能關鍵信息的關鍵。因此，在使用X射線診斷技術檢測電池材料的組成和架構方面，NREL的研究人員一直處于科技前沿。預計該實驗室將增加一臺新的X射線納米級計算機斷層（nano-CT）掃描儀。借助于該技術，未來NREL的研究人員能夠更加清晰地了解能源材料。

“作為電化學研究方面的領先機構，持續(xù)投資nano-CT等領先設施，具有重要意義。”NREL高級儲能研究員Donal Finegan表示，“這臺掃描儀的空間分辨率高達50nm，大大提升了NREL的業(yè)務能力。除此之外，只有高能同步加速器X射線設施才能達到這一極限。”

這為研究人員打開了大門，有助于進一步分析和了解電池材料。當樣品旋轉時，X線束能夠創(chuàng)建具有極端分辨率的3D圖像。通過這些圖像，研究人員可以分析電池材料的性能，如晶體結構、化學成分和3D架構?？紤]到nano-CT的非破壞性，研究人員可以實時觀察材料變化，以了解電池在運行或循環(huán)過程中發(fā)生的反應。

電池研究的未來機遇

NREL、加州大學圣地亞哥分校（UC San Diego）、亞眠大學（Université de Picardie Jules Verne）和賽默飛世爾科技公司（Thermo Fisher Scientific）的領先納米技術科學家共同撰寫了一篇自然納米技術綜述，詳細介紹了電池診斷成像方面的歷史和發(fā)展趨勢，以及利用機器學習技術改善現(xiàn)有成像和計算建模能力的機會。

通過機器學習技術訓練計算機建模，預測結果和自動化分析過程。再加上nano-CT，可以開發(fā)預測性模型，分析電極微觀結構或材料非均質性（如顆粒形狀的均勻性）如何影響電化學響應。因此，研究人員可以快速評估復雜的數(shù)據(jù)集，以確定下一代電池設計的新解決方案。

此外，通過生成對抗網(wǎng)絡（GANs）等建模工具，可以提高數(shù)字圖像的分辨率，彌合診斷成像尺度之間的差距，從而提供鋰離子電極顆粒形態(tài)（即其結構）的整體視圖。舉例來說，不同電極顆粒的形狀和尺寸差異較大，因此對于了解電池工作方式，多尺度圖像具有重要意義。即使進行放大，也可以看到退化機制（或對電池壽命、安全性和可靠性產(chǎn)生負面影響的材料不一致性），當然研究人員要知道該從哪種尺度上觀察。

最近，NREL與烏爾姆大學（University of Ulm）、阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的研究人員合作，在《npj計算材料學》（npj Computational Materials）期刊上發(fā)表了一篇論證文章，介紹如何應用GANs來提高顯微鏡圖像的分辨率，并使其能夠量化肉眼看不到的微小特征，如電極顆粒中的裂縫。

Finegan表示：“研究人員希望利用這臺新型nano-CT掃描儀，為未來開發(fā)合成和制造下一代電池材料的技術提供信息。憑借內(nèi)部高分辨率成像能力，研究團隊能夠加快速度，進一步了解更耐退化機制（例如粒子破裂）的材料。在此基礎上，再結合與其他顯微技術和創(chuàng)新機器學習方法，將把表征能力提升至新的高度?！?/p>

返回第一電動網(wǎng)首頁 >