日前，某团队发表的一篇论文中，详细介绍了怎么样借助核磁共振光谱技术设计锂金属电池的阳极表面。这项研究提供了新的数据和讲解，说明这类办法怎么样为这类表面的结构提供了独特的视角，对电池研究界提供帮助。
日前，某团队发表的一篇论文中，详细介绍了怎么样借助核磁共振光谱技术设计锂金属电池的阳极表面。这项研究提供了新的数据和讲解，说明这类办法怎么样为这类表面的结构提供了独特的视角，对电池研究界提供帮助。
在过去的几十年里，锂金属电池一直是电子设施中必不可少的能量储存装置。然而，因为锂金属电池在充放电循环中产生的金属锂的不稳定性，致使了电池容量降低、寿命缩短等问题。因此，研究职员一直致力于探寻改变锂金属电池性能的办法。
锂金属是元素周期表中最活跃的元素之一，在电池中起着要紧用途。然而，在正常用电池的过程中，锂金属比较容易形成钝化层，这会干扰阳极本身的结构和性能。
钝化层像银器或珠宝开始褪色时形成的一层氧化物薄膜。对于锂金属来讲，这种钝化层的主要成分是锂的氧化物，比如锂氧化物(Li2O)或锂过氧化物(Li2O2)。这种钝化层形成是什么原因锂金属与电解液中的电解质发生反应，形成了不溶于电解液的氧化物。
锂金属阳极在电池中饰演着同意电子和离子的角色。当电池工作时，锂金属阳极会释放出锂离子，并通过电解质向阴极移动。然而，因为锂金属的高活性，一旦与电解液接触，就会立即开始"褪色"，形成钝化层。这种现象被叫做锂金属的自腐蚀。
钝化层的化学成分会干扰锂离子在电池充电/放电过程中的移动方法，并最后影响系统内部会不会长出致使电池性能不佳的金属丝。迄今为止，测量钝化层(电池界称之为固体电解质相间层(SEI))的化学成分，同时捕捉坐落于该层中的锂离子怎么样移动的信息几乎是不可能的。
新研究提出了借助核磁共振 (NMR) 光谱办法将锂钝化层的结构与其在电池中的实质功能联系起来的案例。
NMR 使研究职员可以直接探测锂离子在锂金属阳极与其钝化层之间的界面上移动的速度，同时还能读出该表面上存在的化合物。虽然电子显微镜等其他表征办法可以提供锂金属表面 SEI 层的明确图像，但它们没办法精确定位无序物种的确切化学成分，也没办法"看到"离子传输。其他可以探测锂在界面上传输的技术，如电化学剖析，也不可以提供化学信息。
通过研究在过去六年中采集的数据，该研究小组发现核磁共振可以独特地感知锂金属上 SEI 中化合物结构的变化，这是讲解锂金属一些很难捉摸的结构-性能关系的重点。研究职员觉得，将核磁共振、其他光谱学、显微镜、计算机模拟和电化学办法等多种技术结合起来，对开发和推进锂金属电池的进步十分必要。
当研究职员将锂金属暴露在不一样的电解质中时，总是会察看到不一样的性能指标。核磁共振实验表明，这类性能变化的产生是由于不一样的电解质成分会产生不一样的 SEI 成分，并以不一样的速率将锂离子输送到阳极表面。具体来讲，当锂电池性能提升时，锂与表面的交换率也会增加。他们目前还能看到钝化层应该怎么样布置。为了达到最好性能，不一样的化合物需要在 SEI 中层层叠加，而不是随机分布。
一旦了解发生了什么结构变化--比如，氟化锂等是不是变得无定形、有缺点、纳米大小--那样大家就能有意识地对这类变化进行工程设计，并设计出符合商业化所需的性能指标的锂金属电池。核磁共振实验是为数不多的可以完成这项任务的实验之一，它为大家提供了推进负极表面设计向前进步所必需的信息。
这篇论文的发表为电池研究界提供了新的数据和讲解，突破了现在对于锂金属电池阳极表面的认识。通过核磁共振光谱技术，研究职员可以愈加全方位、准确地知道锂金属电池的工作机制，为电池研究范围提供了有力的工具和办法。相信这项研究将对将来锂金属电池的设计和性能优化产生积极影响。
