电池继续成为用于存储可再生源能源，电力现代电动车辆的领先技术，并支持便携式个人电子和可穿戴设备的消费者需求。尽管在过去十年内推进了令人难以置信的技术，但世界各地的研究人员不断受到创新的新一代高性能电池，持续更长时间，更快地充电，更安全，也更加环保。

领导包锂离子充电电池，在20世纪的后半期首先开发等广泛采用，它的开发者被授予诺贝尔化学奖2019年随着研究人员努力生产旨在提高各的好材料a rechargeable battery’s components, the next step is to put them into a working cell for evaluation. Traditionally, a cell would be made and then measured for its cycling performance, discharge rate, and energy density among other things as a finished unit. The downside to this approach is that it does not allow for the identification of the specific component responsible for any changes to the batteries performance and can significantly slow down innovation.

在电池内部，量热计甚至可以从最小的反应中测量非常、非常小的热量

然而，随着越来越复杂的表征技术，研究人员可以更彻底地分析整个工作电池及其各个组件 - 允许它们更精确地在预期的运行条件下更精确地监控电池性能。能够更彻底地分析电池及其各个组件，使得化学家能够故意选择在电池内部使用的最佳配方，有助于在发育阶段的早期优化它们的性能。

电化学反应可以产生热量 - 这些持续反应的热力学是电池研究人员的关键工具。TA Instruments是水域的子公司，具有一系列可以做到这一点的微量微核计。TA Instruments的Neil Demarse Microcalorimetry产品经理，TAM IV MicroMicxl等温微量微量仪，TAM IV MicroMicxL等温微量微量仪提供了最新的研究人员所需的敏感性研究人员。可以将整个电池单元放入用于测试的仪器中。‘It’s one of only a few instruments that can test the whole battery,’ Demarse says, ‘it just has to be fitted inside the device.’ And once inside, the calorimeter can measure very, very small amounts of heat from even the smallest of reactions and provide insight into how much power is coming out of the battery.

收集的数据使研究人员能够在R＆d相验证的质量和所述电池的性能，Demarse解释 - 所有这些都在优化新电池制剂和测试组分的相容性是至关重要的。据Demarse，微量热的TAM组合已被用于研究人员在3M在圣保罗，明尼苏达州，遵循一个锂离子电池的袋子内寄生反应。通过测试这些电池系统的热流量，并改变在电解液中使用的添加剂，该小组能够来筛选，这将有助于稳定电池，使其更高效的最佳添加剂。在这个过程中提前优化电池最终有更多的好处，使电池在长期运行安全Demarse说。

能够在电池的实际实时电化学循环中使用AFM是一个显着的成就

最近网络研讨会与Cyclikal的化学世界，Larry Krause和Vincent Chevrier提供了深入了解电化学和热信号的精确组合如何能够定量寄生反应，识别相变，熵事件等系统级事件，例如LI-电镀。这种见解可以实现更准确的寿命预测，新颖的对电池材料和更好的细胞设计。

迄今为止作为整体电池的另一个发展已经在英国的牛津仪器（OI）正在进行一系列巨型原子力显微镜（AFM），以便在手套箱内用密封的电化学电池操作。这款AFM允许Kumar Virwani和同事在美国IBM Almaden研究中心，以监测最有前途的下一代电池技术之一 - 锂电电池中的电化学反应。在电池的实际实时电化学循环中能够使用AFM是一个显着的成就。随着AFM电化学电池完全密封在手套箱内，电池中的氧气没有逃逸。超过10小时的循环，AFM能够显示开始溶解并移动的锂离子。然后，界面层成长，涂覆电极，直到通过充电循环开始崩溃的一半。这种成像原位完成的是重要的证据，即电池可能擅长存活许多充电/放电循环。AFM是该实时监控可能发生的唯一方法，并将其设置为成为电池开发工具箱中的另一个重要工具。

质谱也可以帮助完善整个电池系统。由于使用电池，他们的年龄。而且随着年龄的增长，很像人类开始起皱，他们开始降低，裂纹，并弱于大盘。沃特斯超灵敏的时间飞行加上自己的色谱能力质谱仪使研究人员能够在电池寿命的每个阶段看衰老过程。研究用Waters ACQUITY UPLC / APGC的Xevo G2-XS QTOF仪器亮点的系统可以如何被用来帮助表征变化在含有前途的电极材料的袋细胞发表在2019 - 富镍的层状氧化物和石墨的SiO_X- 过度使用它的使用寿命。¹

可持续技术在哪个地方变得不可持续？

由此产生的分析，在电池寿命中以四个不同的阶段拍摄，探讨了电解质中发生的情况。作为使用锂离子电池，围绕阳极形成的层，其使用部分电解质。该层，SEI或固体电解质相互异位层，可以稳定系统，但也可以使其性能下降。更好地了解SEI和阳极年龄如何最终允许开发更长持久的电池。

质谱还具有在遵循不同电解质添加剂如何影响电池性能的作用。例如，在2018年的研究中，²Waters Xevo G2-XS QTOF跟踪了不同添加剂的电解质的有机组分的变化 - 再次，深入了解用每个组合物形成的类型的SEI。在开发过程中这种深入的表征将在电池开发的早期阶段进行优化。

随着越来越多的电池制成，资源必然成为稀缺。考虑到这一点，我们问自己 - 在什么时候一个可持续发展的技术变得不可持续？除非所有的电池被回收，用可再生能源替代化石燃料的影响可能开始表现出不利的一面。回收，因此，要在电池供电的可持续未来社会的一个关键步骤。

当您开始开发长时间的电池时，材料必须持续更长时间

Neil Demarse，MicroCalorimetry产品经理，TA仪器

为了帮助回收，表征是关键。帮助回收珍贵矿物质的一个例子是通过中国在2018年在中国的工作所阐述的。^3.由Honging Hou在昆明科技大学领导的团队希望找到一种方法来回收原型中使用的锂箔和下一代电池的开发 - 固态锂 - 空气和锂 - 硫磺电池。不可避免地，随着开发的新技术，有很多浪费。一旦这些电池完全商业化，才能锻炼这些原型的最佳方式将有助于更大的尺度回收力。侯的团队将箔片拿出实验硬币，并迅速将它们溶解在去离子水中。进一步的处理，然后在炉中真空干燥和煅烧留下由Lifepo组成的黑色粉末_4./ C。使用一系列的技术，包括OI公司基于SEM的微分析设备，对这种粉末进行了分析，并对其进行了无数纳米和微观结构的研究。该团队随后将这种粉末用作另一个电化学电池的阴极，取得了有希望的结果。

这种循环经济方法，通过高科技表征和其他现代分析工具，可谓可以成为电池开发过程的一部分，以便维护供应。

电动车海报孩子特斯拉去年宣布，他们计划推出其电动车的旁边套房一百万英里的电池。细节仍然保密，但毫无疑问的是一些有趣的材料科学将参与其中。“当你开始开发走更长的电池，材料必须持续更长的时间，” Demarse说。并与先进的表征仪器的帮助下，这些材料将解锁能力进一步去一次充电，以存储更多的能量，并带领我们到一个更加可持续发展的社会。