利用磁共振技术推进电池研究与制造

自第一块可充电电池问世以来，便携式电源已成为现代生活中不可或缺的一部分。锂离子电池（LIB）改变了人们储存和使用能源的方式，为从手机到电动汽车等各种应用提供电力。在所有类型的电池中，锂离子电池的能量密度最高，为提高性能和减少对环境的影响提供了巨大的潜力。

布鲁克的解决方案支持研究人员为电池技术的新发现铺平道路，并为可持续发展的未来提供支持。

新一代电池现在是电池研究的焦点，因为科学家们的目标是创造更可持续的能源解决方案。钠离子电池和固态电池等替代电池技术的持续研发提供了潜在的优势，包括提高安全性、降低成本和改善可持续性。例如，钠离子电池由丰富且低成本的材料制成，使其成为大规模能源存储的更可持续的选择。另一方面，固态电池具有更高的能量密度和更高的安全性，是电动汽车的理想选择。

在布鲁克，我们提供行业领先的解决方案，使学术研究人员和电池制造商能够在电池技术领域进行探索和创新，为人类创造可持续发展的未来。

创造一个可持续发展的绿色世界对我们地球的未来至关重要。为此，我们需要能量密度更高、循环寿命更长、成本更低的先进可循环电池。这将促进可再生能源的采用，减少对化石燃料的依赖，并有助于减缓气候变化。电池技术的改进将为长程电动汽车和电网级储能系统等新技术的开发提供支持。为此，研究人员正在探索新的电池材料和化学成分、新的制造和回收方法。核磁共振（NMR）和电子顺磁共振（EPR）将在其中发挥关键作用，为研究人员提供有关电池材料特性的宝贵见解，并帮助推动电池技术的发展。

NMR 和 EPR 是强大的分析工具，可帮助研究人员和制造商从分子和原子层面分析电池材料。这些技术为了解电化学过程、电极和电解质材料中发生的化学和物理变化以及影响电池性能和效率的因素提供了宝贵的见解。通过了解这些材料的行为，研究人员和制造商可以开发出改善电池寿命和性能的策略，最终生产出更先进、更可持续、更具成本效益的电池。这些先进的分析技术对电池创新具有重大影响，可通过改善能源存储支持应对气候变化。

核磁共振（NMR）是化学和材料科学领域广泛使用的一种分析技术，可帮助人们更深入地了解电池材料的特性和行为。在电池研究中，核磁共振可研究电池材料的原子和分子结构，使研究人员能够确定充放电循环过程中发生的化学和物理变化。为了有效测量这些过程和关键质量属性，电池表征的分析解决方案必须能够在原位运行。NMR波谱法是一种理想的分析方法，可满足电池行业对准确、灵敏、原位检测的需求。它有助于确定电池降解和失效的原因，从而开发出更耐用、更稳定的新型电极材料。通过详细分析电池材料的化学和物理特性，核磁共振有助于优化电池性能和效率。

布鲁克提供用于电池研究的全系列仪器，包括与电池分析技术解决方案领域的领先企业 ePROBE 合作开发的专用固体核磁探头和原位核磁附件。这些探头采用单共振或双共振配置，带有集流端口，可在核磁磁体内对电化学电池进行充电和放电。此外，这些探头还具有用于气体或液体的集成流道，使研究人员能够对氧化还原流电池、金属空气电池和类似系统进行实验。布鲁克的原位固体核磁设备为优化电池性能提供了强大的工具。通过原位运行，电池表征分析解决方案可以准确检测关键质量属性，并测量充电和放电周期中发生的过程。利用布鲁克公司的尖端射频生成控制台 AVANCE NEO 和 ePROBE 技术，研究人员可以收集有意义的见解，并从优化研发以及快速准确的质量检测活动中获益。

观看视频访谈：

Oliver Pecher 博士，ePROBE首席执行官

电子顺磁共振（EPR）是一种先进的波谱技术，可以探测材料中未成对的电子。通过识别在充放电循环过程中导致电极材料降解的自由基，EPR可以深入了解材料在电化学条件下的行为。EPR通过研究电子转移过程来确定影响其速率和效率的因素，从而使研究人员能够开发出更高效的储能电极材料，并提高电池的稳定性和效率。布鲁克用于电池研究的产品组合包括先进的原位电子顺磁共振成像（EPRI），可深入了解树枝状晶粒的微观结构特征、生长机制和电镀/剥离过程，从而开发出更安全、更高效的电池。通过利用EPR，研究人员和制造商可以更好地了解电池材料，从而提高电池性能和稳定性。

研究人员如何利用磁共振的力量推动电池创新呢？

对储能领域前沿科学家的采访揭示了 NMR 和 EPR 如何帮助他们开发出更稳定、更高效、更耐用的新型电极材料。随着储能技术的不断发展，磁共振仍将是帮助研究人员了解电池材料特性和开发新型先进储能材料的重要工具。探索磁共振在电池研究中的一些出色的实例吧！

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长等优点，已成为电动汽车动力的首选。随着电动汽车生产的激增以减少交通部门的碳足迹，对锂离子电池的需求也大幅增加。最新研究调查了利用生物质和农业废弃物生产适用于锂离子电池的电解质，旨在减少自然资源损耗，确保电池生产的可持续性。

随着电池变得越来越精密，与其开发和优化相关的挑战也变得越来越复杂。为应对这些挑战，总部位于美国的锂离子深循环电池领先企业 Dragonfly Energy 采用核磁共振（NMR）技术加快其电池技术研发。想要了解有关NMR如何推动电池技术发展的更多信息，请观看布鲁克对Dragonfly Energy公司研发总监Vick Singh的视频采访。

在电池研发和制造方面，磁共振（MR）技术在优化流程和确保质量一致性方面发挥着举足轻重的作用。

让我们了解一下磁共振技术给各关键节点都带来哪些优势吧！

电池制造商的生产流程优化：

• 利用磁共振技术进行实时监控有助于识别研发中遇到的阻碍并提高产量
• 根据磁共振数据对流程进行微调可提高整体效率
  

深入分析调查的重要性：

• 固体原位NMR波谱法可从原子层面深入了解电池材料
  
• 制造商可利用这些信息改进电极成分、电解质和隔膜

跨价值链的质量保证：

• 磁共振可检测出可能影响电池性能的材料成分变化，从而确保质量的一致性。及时采取纠正措施可保持可靠性和安全性
• 在整个价值链中对组件进行验证，最大限度地减少缺陷

利用磁共振的优势：

• 增强生产能力，提供具有成本效益的解决方案
• 简化价值链，使电池行业满足市场对耐用性和效率的要求

深入了解如何利用布鲁克行业领先的磁共振技术推进电池的研发和制造。

时域核磁共振（TD-NMR）是一种基于弛豫时间检测的磁共振技术。它使用永磁体在低磁场下工作。它可以测量样品的物理特性。TD-NMR是一种快速、简单、无创的方法，可为电池研究和开发提供有价值的信息。它可用于改进锂离子电池（LIB）的制造和性能。TD-NMR可以测量浆料的物理性质，浆料是电化学活性材料的液体混合物，用于包裹锂离子电池的电极。通过监测浆料的粘度、颗粒分布和沉淀，TD-NMR可以帮助优化涂覆工艺并减少材料浪费。