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崔光磊/陳立寶等Small Methods：用于可充電池研究的同步輻射 X 射線斷層掃描技術(shù)

了解在電池工作條件下，不斷演化的電極材料在其固有3D狀態(tài)下的復(fù)雜相互作用對(duì)于推進(jìn)可充電池研究具有重要意義。在這方面，同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)能夠在電池運(yùn)行之前/期間/之后對(duì)各種電極組件進(jìn)行無(wú)損、多尺度和3D成像，成為加深這種理解的重要工具。

過(guò)去幾年，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注將這種技術(shù)應(yīng)用于電池研究。因此，現(xiàn)在不僅需要使用該技術(shù)總結(jié)已經(jīng)獲得的電池相關(guān)知識(shí)，還需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行基本說(shuō)明，以推動(dòng)電池研究的未來(lái)研究。

中科院青島能源所崔光磊、Fu Sun、中南大學(xué)陳立寶等人總結(jié)了最先進(jìn)的同步輻射X 射線斷層掃描成像技術(shù)在電池研究領(lǐng)域的基本原理、設(shè)置和應(yīng)用。

使用同步輻射X 射線斷層掃描最有利的方面之一是其非破壞性。通過(guò)表征電池的固有狀態(tài)，與其他事后檢查工具相比，可以獲得更可靠和值得信賴的電池工作/衰減機(jī)制。此外，實(shí)時(shí)原位斷層掃描實(shí)驗(yàn)可以跟蹤工作電池中發(fā)生的動(dòng)態(tài)反應(yīng)過(guò)程。

使用同步輻射 X 射線斷層掃描來(lái)研究電池的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其多尺度成像能力。利用層析成像的多尺度空間分辨率，從（亞）微米（micro-CT）到納米（nano-CT），電池內(nèi)部發(fā)生在毫米級(jí)和納米級(jí)的電化學(xué)反應(yīng)可以可視化在3D中。最終，光譜探測(cè)技術(shù)與3D斷層掃描成像技術(shù)相結(jié)合的相關(guān)使用帶來(lái)了第三個(gè)優(yōu)勢(shì)。

圖1 ?同步輻射裝置的示意圖

作者首先介紹了同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)的基本原理和實(shí)驗(yàn)裝置。之后，介紹了其在電池研究中的應(yīng)用用戶指南及其在各種類型電池研究中的應(yīng)用示例。

最后討論了該技術(shù)在下一代可充電池研究中的未來(lái)機(jī)會(huì)。期望這篇綜述能夠增進(jìn)讀者對(duì)同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)的理解，并激發(fā)電池研究的新思路和新機(jī)遇。

圖2 正極側(cè)可視化

Synchrotron X-Ray Tomography for Rechargeable Battery Research: Fundamentals, Setups and Applications. Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100557

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