Magnetic resonance imaging (MRI) kan ge ett effektivt sätt att stödja utvecklingen av nästa generations högpresterande laddningsbara batterier, enligt forskning som leds av University of Birmingham.

Tekniken, som utvecklades för att detektera rörelse och avsättning av natriummetalljoner i ett natriumbatteri, möjliggör snabbare utvärdering av nya batterimaterial, och hjälpa till att påskynda denna typ av batteriets väg till marknaden.

Natriumbatterier är allmänt erkända som en lovande kandidat för att byta ut litiumjonbatterier, används för närvarande i enheter som portabel elektronik och elfordon. Flera av de material som krävs för att producera litiumjonbatterier är kritiska eller strategiska element och, därför, forskare arbetar med att utveckla alternativ och mer hållbar teknik.

Även om natrium verkar ha många av de egenskaper som krävs för att producera ett effektivt batteri, det finns utmaningar i att optimera prestanda. Viktigt bland dessa är att förstå hur natrium beter sig inuti batteriet när det går igenom laddnings- och urladdningscykeln, gör det möjligt att identifiera punkterna för misslyckande och nedbrytning.

Ett lag, ledd av Dr Melanie Britton vid University of Birminghams School of Chemistry, har utvecklat en teknik, med forskare från Nottingham University, som använder MR -skanning för att övervaka hur natrium fungerar i operando.

Forskargruppen inkluderade också forskare från gruppen Energy materials i University of Birminghams School of Metallurgy and Materials, och från Imperial College London. Deras resultat publiceras i Naturkommunikation .

Denna bildteknik gör det möjligt för forskare att förstå hur natrium beter sig när det interagerar med olika anod- och katodmaterial. De kommer också att kunna övervaka tillväxten av dendriter-grenliknande strukturer som kan växa inuti batteriet över tid och få det att gå sönder, eller till och med fatta eld.

"Eftersom batteriet är en sluten cell, när det går fel kan det vara svårt att se vad felet är, "förklarar Dr Britton." Att ta isär batteriet introducerar interna förändringar som gör det svårt att se vad det ursprungliga felet var eller var det inträffade. Men med hjälp av den MR -teknik vi har utvecklat, vi kan faktiskt se vad som händer inne i batteriet medan det är i drift, ger oss en aldrig tidigare skådad inblick i hur natrium beter sig. "

Denna teknik ger oss information om förändringen i batterikomponenterna under drift av ett natriumjonbatteri, som för närvarande inte är tillgängliga för oss genom andra tekniker. Detta gör det möjligt för oss att identifiera metoder för att upptäcka felmekanismer när de händer, ger oss inblick i hur man tillverkar längre livslängd och högre prestanda batterier.

Teknikerna som teamet använde designades först i ett samarbete med forskare vid Sir Peter Mansfield Imaging Center vid University of Nottingham som finansierades av Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Detta projekt syftade till att utveckla MR -skanning av natriumisotoper som en medicinsk bildteknik och teamet kunde anpassa dessa protokoll för användning vid batteriavbildning. Utvecklingen av nya material och analytisk karakterisering är ett primärt fokus för Birmingham Center for Energy Storage och Birmingham Center for Critical Elements and Strategic Materials inom Birmingham Energy Institute.