用锂同位素测量固态电池中的锂传输

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锂基固态电池具有一些优点，例如不易燃。但它们的力量也小得多。这是因为此类电池中的锂离子必须通过固体电解质扩散，这是一个繁琐的过程。

由HZB的IngoManke博士和RobertBradbury博士领导的团队以及几位合作者使用巧妙的技巧，首次成功地实时观察了锂离子通过电解质的传输。他们利用了锂通常以两种同位素的混合物形式存在的事实：约90%的锂7，对中子束是透明的，其余10%的锂6，强烈吸收中子。

“我们的想法是，我们可以利用锂离子的不同透明度来追踪它们在电解质中的路径。这对于原位中子射线照相和原位中子断层扫描非常有效，”布拉德伯里说。中子测量是在法国格勒诺布尔的Laue-Langevin研究所进行的，HZB专家NicolayKardjilov博士在那里建立了联合断层扫描设施。

为了进行研究，制造了一种阳极由纯锂制成的锂硫电池。固体电解质由Li6和Li7的常见混合物组成。“这使我们能够在初始放电期间区分从阳极扩散到电池中的移动锂离子和最初在固体电解质中的锂离子，”布拉德伯里解释道。

研究人员利用原位中子射线照相术观察了锂离子在电池中的扩散情况，而原位中子断层扫描则提供了电池内在充电和放电状态下捕获的锂离子分布的三维视图。这项研究还涉及吉森大学、布伦瑞克大学以及于利希研究中心的团队。

最重要的结果是：锂的扩散不均匀。此外，该方法允许使用Li同位素Li6测试新电解质，以便更快地找到锂可以特别好的扩散的电解质。IngoManke表示：“阐明锂离子通过固体电解质隔膜的传输路径是开发可靠、功能性固态电池的关键一步。”