利用高分辨率原位X射线透射成像技术追踪电池中的时空电势变化

《The Journal of Physical Chemistry C》：Tracking Spatiotemporal Electric Potential in Batteries Using High-Resolution Operando X-ray Transmission Imaging

本研究采用高分辨率原位X射线传输成像技术，获取锂-铟合金对称电池中聚合物电解质的时空盐浓度分布。实验表明，恒电流后的开路松弛中，浓度过电位主导，稳态时是欧姆过电位的7倍，建议电解质设计应降低浓度梯度。

　　

电池中电解质浓度梯度的形成会影响电化学反应的速率。在这项研究中，我们利用高分辨率的“原位”X射线透射成像技术，在恒电流实验及随后的开路松弛过程中，捕捉了由聚合物电解质夹在两个锂-铟合金电极之间的对称电池中盐浓度分布（c(x, t)）的时空变化情况。开路电位的衰减与浓度电池中电位的浓度依赖性U有关。我们展示了如何利用“原位”c(x, t)数据来计算极化电解质内部的时空电位。我们跟踪了恒电流过程中的电池电位变化，并区分了其两个主要贡献：一个是由U控制的浓度过电位，另一个是由离子导电性决定的欧姆贡献。在大部分时间范围内，浓度过电位占主导地位；在稳态时，其值是欧姆贡献的7倍。这些发现表明，设计新型聚合物电解质时应重点关注如何减小浓度梯度。