Magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) kan een effectieve manier zijn om de ontwikkeling van de volgende generatie hoogwaardige oplaadbare batterijen te ondersteunen, Dat blijkt uit onderzoek onder leiding van de Universiteit van Birmingham.

De techniek, die is ontwikkeld om de beweging en afzetting van natriummetaalionen in een natriumbatterij te detecteren, zal een snellere evaluatie van nieuwe batterijmaterialen mogelijk maken, en helpen de weg naar de markt van dit type batterij te versnellen.

Natriumbatterijen worden algemeen erkend als een veelbelovende kandidaat om lithium-ionbatterijen te vervangen, momenteel veel gebruikt in apparaten zoals draagbare elektronica en elektrische voertuigen. Verschillende van de materialen die nodig zijn om lithium-ionbatterijen te produceren, zijn kritische of strategische elementen en, daarom, onderzoekers werken aan de ontwikkeling van alternatieve en duurzamere technologieën.

Hoewel natrium veel van de eigenschappen lijkt te hebben die nodig zijn om een ​​efficiënte batterij te produceren, er zijn uitdagingen bij het optimaliseren van de prestaties. De belangrijkste hiervan is begrijpen hoe natrium zich in de batterij gedraagt ​​tijdens de oplaad- en ontlaadcyclus, waardoor de faalpunten en degradatiemechanismen kunnen worden geïdentificeerd.

Een team, geleid door Dr. Melanie Britton aan de School of Chemistry van de Universiteit van Birmingham, heeft een techniek ontwikkeld, met onderzoekers van de Universiteit van Nottingham, die MRI-scanning gebruikt om te controleren hoe het natrium in operando presteert.

Het onderzoeksteam omvatte ook wetenschappers van de Energy Materials-groep van de School of Metallurgy and Materials van de University of Birmingham, en van Imperial College London. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Deze beeldvormingstechniek zal wetenschappers in staat stellen te begrijpen hoe het natrium zich gedraagt ​​als het interageert met verschillende anode- en kathodematerialen. Ze zullen ook de groei van dendrieten kunnen volgen - takachtige structuren die in de loop van de tijd in de batterij kunnen groeien en ervoor kunnen zorgen dat deze defect raakt, of zelfs vlam vatten.

"Omdat de batterij een verzegelde cel is, als het fout gaat, kan het moeilijk zijn om te zien wat de fout is, " legt Dr. Britton uit. "Het uit elkaar halen van de batterij brengt interne veranderingen met zich mee die het moeilijk maken om te zien wat de oorspronkelijke fout was of waar deze zich voordeed. Maar met de MRI-techniek die we hebben ontwikkeld, we kunnen echt zien wat er in de batterij gebeurt terwijl deze in werking is, geeft ons ongekende inzichten in hoe het natrium zich gedraagt."

Deze techniek geeft ons informatie over de verandering binnen de batterijcomponenten tijdens het gebruik van een natriumionbatterij, die momenteel niet voor ons beschikbaar zijn via andere technieken. Dit zal ons in staat stellen om methoden te identificeren om faalmechanismen te detecteren wanneer ze zich voordoen, waardoor we inzicht krijgen in hoe we batterijen met een langere levensduur en beter presterende batterijen kunnen produceren.

De technieken die door het team werden gebruikt, werden voor het eerst ontworpen in samenwerking met onderzoekers van het Sir Peter Mansfield Imaging Center aan de Universiteit van Nottingham, dat werd gefinancierd door het Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Dit project was gericht op de ontwikkeling van MRI-scanning van natriumisotopen als medische beeldvormingstechniek en het team was in staat om deze protocollen aan te passen voor gebruik in batterijbeeldvorming. De ontwikkeling van nieuwe materialen en analytische karakterisering is een primaire focus van het Birmingham Centre for Energy Storage en Birmingham Centre for Critical Elements and Strategic Materials binnen het Birmingham Energy Institute.