新方法可实时监测电池中的电解质演变过程

现在，对高性能、稳定和长寿命电池的需求正在增加。为了持续改进电池技术，通过在真实运行条件下持续监测电池内部的动态化学，有助于发现潜在问题，充分提高电池性能。据国外媒体报道，来自法兰西学院、法国电化学储能研究网络(RS2E)和雷恩大学(CNRS)的研究人员开发了一种方法，可以在真实的工作条件下实时监测钠离子和锂离子电池的电解液演变。该方法基于可操作的红外光纤倏逝波光谱测量技术。

研究人员Jean Marie Tarascon说:“电池是一种电化学装置，可以通过化学方式储存能量。寄生反应有助于提高或降低电池性能。因此，推动操作技术的边界化，监控复杂的化工过程，意义重大。”

在之前的研究中，Tarascon和他的同事发现了一种在“正常”工作条件下测量电池单元温度和压力的策略。该策略包括在电池中插入嵌入光纤布拉格光栅传感器的单模石英光纤(即在短距离内周期性调制石英光纤的折射率)。Tarascon说:“通过这种方法，可以估算出与电解质部分分解和固体电解质界面膜(SEI)形成相关的能量。SEI是在电池电极上形成的离子传导和电子绝缘层。然而，研究人员未能确定过程中涉及的化学物种，因为测量方法没有涉及光纤的化学环境。”

这种监测电池单元中电解质变化的策略是基于放置在电池单元中的硫族化物玻璃纤维中的红外光传输。这种红外光与电池组件相互作用，使研究人员能够识别和跟踪光纤周围的化学分子。Tarascon说:“通过这种方法，可以观察到电解质的演变以及根据电荷状态从电极中插入/移除钠锂离子的过程。通过这个系统，研究人员还可以观察电解质和负极材料之间的SEI。该层同时具有离子导电性和电子绝缘性，这决定了电池的寿命。”

通过这种方法，研究人员可以更好地了解特定电池内部发生的化学过程以及它们如何随着时间的推移而演变。除了观察电解质的演变，这种策略还可以用来跟踪与SEI的成核和生长相关的化学物种。SEI是在电池充电的第一步形成的。Tarascon说:“目前，为了找到理想的SEI选项并提高电池的寿命，需要花费很长时间来优化电解液和方案。通过新设计的方法，我们可以快速准确地看到电池配方中的每个元素如何演变，以及它如何与其他元素相互作用并影响电池的性能。”

该团队提出的新方法可能有助于简化和改进未来的电池技术设计。与此同时，研究人员计划继续改进测量策略，并开发新的测量策略，以收集更多关于SEI层的信息。Tarascon说:“除了揭示寄生电解质降解过程中的相关化学物质，这种分析方法还讨论了电池电芯在插入和循环过程中的Na储存。此外，监测SEI成核和循环生长的可行性将有助于开发更好的老化模型，从而有助于开发更先进的电池管理系统。这种操作技术也可应用于其他储能装置(如燃料电池和超级电容器)。”

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