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《美国阿贡国家实验室首次利用核磁共振监测电池老化情况》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2024-11-04

  • 转自全球技术地图

    据阿贡国家实验室10月31日消息，美国阿贡国家实验室研究人员首次利用核磁共振（NMR）光谱分析评估电池的老化情况。NMR光谱是一种非破坏性、非侵入性技术。它依靠原子核的磁性来研究样品中的化学环境，将射频场施加到浸入强磁场的样品上，使样品吸收能量。然后移除射频场，使用探针测量原子核返回较低能态时释放的能量。通过测量可以了解原子和分子的结构和反应，包括电池材料中的结构和反应。该技术可监测商用电池化学成分在运行过程中的演变情况。相关研究成果发表在《Journal of Power Sources》期刊。

  • 原文来源：https://www.anl.gov/article/novel-technique-uses-magnetic-fields-to-probe-longterm-aging-in-batteries
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    • 编译者：魏韧
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    • 2020年7月22日，在美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室举行的社交仪式上，来自美国能源部，阿贡和芝加哥大学的领导人为美国X射线科学的未来奠基。 该大楼将容纳新的原位纳米探针和高能X射线显微镜两条光束线，将APS产生的超亮X射线传输到先进的科学仪器。 原位纳米探针（ISN），这条250米的束线专门设计用于紧密聚焦的原位成像。光束可以聚焦到20纳米，并且在光学器件和样品之间提供了足够的空间，改变样品的环境（可通过温度、压力和其他方法），并以极高的分辨率跟踪这些变化产生的影响。ISN的应用之一是更精确地揭示电池内部的电化学反应，有望在延长电池寿命方面取得突破。 高能X射线显微镜（HEXM），为使高能X射线能穿透更厚的材料而设计。这条180米的光束线将能量与更高的聚焦能力结合，使科学家能够更精确地绘制材料的成分图。同时HEXM具备原位测量潜力，将成为材料科学和工程应用的目标光束，应用之一是进行飞机发动机叶片压力测试，查看其材料形成裂纹的位置，并了解如何防止裂纹产生。 该大楼将耗资8.15亿美元，建设计划于今年秋天开始，2022年中竣工，预计2023年下半年开始APS升级。 APS本质上是像体育场一样大的X射线显微镜，每年吸引全球5000多名科学家，开展从化学到生命科学到材料科学到地质学等诸多领域的研究。升级过程将用最先进的磁体晶格系统取代电子存储环，使产生的X射线的亮度提高500倍，还将围绕现有的存储环建造九条新的光束线。 APS升级不仅是令人兴奋的科学项目，对于确保阿贡国家实验室和美国继续保持在X射线科学领域的世界领先地位至关重要。这两条新的光束线将用于开发对抗病毒性流行病的节能耐用的材料和工具。它们比目前APS上的光束线长大约三倍，使光子从源头进一步传播到分析的样品上，该距离允许聚焦更多的X射线束，科学家可以实时观察最小的计算机芯片内部最细微的结构。 新设施还具有强大的原位成像功能，这意味着科学家们在改变周围环境的同时观察样品，可以精确测量温度、压力和其他因素对先进材料的影响，朝着创造可用于从飞机发动机到太阳能电池的下一代部件迈出的重要一步。 APS向美国和世界各地的科学家创造最先进、最全面的设施，将改变整个X射线科学的格局。对于APS的用户来说，这些升级将彻底改变探索科学边界的能力和视野，长束线大楼为提供了充分利用升级功能的条件。
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  • 《【阿贡国家实验室】领导钠离子电池研究联盟》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2024-11-27
    • 在阿贡国家实验室的领导下，一个名为 "低成本地球丰富钠离子存储"（LENS）的研究实验室联盟将利用 5000 万美元开发长效高能钠离子电池。 这笔资金由美国能源部提供，用于实现在未来五年内在美国制造高能量、长寿命钠离子电池的总体目标。 参与的实验室包括能源部阿贡国家实验室、能源部布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、西北太平洋国家实验室、桑迪亚国家实验室和 SLAC 国家加速器实验室。 LENS 将重点研究钠离子电池及其在电动汽车和电网存储中的应用。 由于钠离子电池单位重量和体积存储的能量较少，因此行驶里程较短，LENS 联盟承诺通过提高钠离子电池的能量密度来应对这一挑战，使其达到甚至超过磷酸盐锂离子电池的能量密度，同时最大限度地减少和/或消除关键元素的使用。 这些研究实验室将利用其丰富的经验和专业知识，致力于发现和开发高能电极材料，改进电解质，以及设计、集成和基准测试电池单元。 如上所述，阿贡实验室是该团队的领导者，其主任保罗-卡恩斯（Paul Kearns）表示，该团队在这一重要领域的科学专长和动态合作将增强美国的竞争力。 "伯克利实验室材料科学部资深科学家 Gerd Ceder 说："钠离子电池可以在满足社会对廉价能源存储的需求方面发挥重要作用。 "新材料发现、先进制造和表征领域的基础研究对于开发和部署具有竞争力的钠离子电池技术至关重要。 伯克利实验室很荣幸能成为该联盟的一员。"一个顾问委员会将为 LENS 联盟提供支持，并为团队提供行业观点，帮助培育美国钠离子电池生态系统。 除实验室成员外，LENS联盟还有来自其他八所大学的成员，包括佛罗里达州立大学、加州大学圣地亚哥分校、休斯顿大学、伊利诺伊大学芝加哥分校、马里兰大学、罗德岛大学、威斯康星大学麦迪逊分校和弗吉尼亚理工大学。 图片来源：: Argonne National Laboratory
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