X 射线断层扫描让研究人员可以观察固态电池的充放电情况
锂离子电池现在广泛用于从移动电子产品到电动汽车的所有领域，它依靠液体电解质在充电和放电循环期间在电池内的电极之间来回携带离子。液体均匀地覆盖在电极上，使离子自由移动。
快速发展的固态电池技术改为使用固态电解质，这将有助于提高能量密度并提高未来电池的安全性。但从电极中去除锂会在界面处产生空隙，从而导致可靠性问题，从而限制电池的运行时间。
使用 X 射线断层扫描，研究人员观察了固态锂电池内部材料在充电和放电时的内部演变。该研究提供的详细三维信息有助于提高电池的可靠性和性能，该电池使用固体材料替代现有锂离子电池中易燃的液体电解质。
Operando 同步加速器 X 射线计算机显微断层成像揭示了锂/固体电解质界面处电极材料的动态变化如何决定固态电池的行为。研究人员发现，电池运行会导致界面处形成空隙，从而导致失去接触，这是导致电池失效的主要原因。
该团队建造了大约两毫米宽的特殊测试电池，并在五天的时间内研究了电池结构的变化。测试仪器从不同方向拍摄图像；这些图像是使用计算机算法重建的，以提供电池随时间变化的 3D 图像。
由于锂非常轻，用 X 射线对其进行成像可能具有挑战性，并且需要对测试电池进行特殊设计。所使用的技术类似于用于医学计算机断层扫描 (CT) 扫描的技术。由于测试的局限性，研究人员只能通过一个循环观察电池的结构。在未来的工作中，他们想看看在额外的循环中会发生什么，以及结构是否以某种方式适应了空隙的产生和填充。该结果可能适用于其他电解质配方，并且表征技术可用于获取有关其他电池工艺的信息。
电动汽车的电池组在预计的 150,000 英里寿命期间必须能承受至少 1,000 次循环。虽然具有锂金属电极的固态电池可以为给定尺寸的电池提供更多能量，但除非它们能够提供相当的寿命，否则这种优势不会超越现有技术。
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