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AEM: 使用原位X射線微型計算機(jī)斷層掃描研究Zn-AgO水系電池的衰減機(jī)制

為了滿足不斷增長的能源需求，必須更好地了解儲能設(shè)備的衰減機(jī)制。X射線計算機(jī)斷層掃描 (CT) 技術(shù)作為一種非破壞性工具，也越來越多地被電池界采用進(jìn)行原位實驗以研究動態(tài)現(xiàn)象。然而，很少有人使用X射線CT來研究具有長循環(huán)壽命（>100次循環(huán)）的代表性電池系統(tǒng)。

在此，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的Jean-Marie Doux和Ying Shirley Meng等人首次報道了Zn-Ag電池的原位CT研究，并證明了集流體氣體逸出對電池長期儲存和循環(huán)的影響。

在12.5 mAh cm^-2的高面積容量下，具有代表性的原位CT電池設(shè)計可實現(xiàn)>250次循環(huán)。結(jié)合電化學(xué)實驗，微尺度CT揭示了集流體放氣的影響，ZnO和Zn損耗的體積膨脹和演變通過循環(huán)和高溫測試進(jìn)行量化。

圖1. 原位微型CT分析

通過對電化學(xué)兼容集流體的改進(jìn)，電池展示了卓越的性能，在4 cm²的尺寸下循環(huán)容量高達(dá)12.5 mAh cm^-2，循環(huán)次數(shù)超過500次，實現(xiàn)了98.6 Wh L^-1的體積能量密度和50.3 W cm^-3的功率密度。

這項工作表明，用于長循環(huán)壽命研究的原位X射線CT可用于監(jiān)測多種電池化學(xué)成分以提高性能，證明了原位CT實驗在闡明電池系統(tǒng)中的衰減效應(yīng)方面的效用和優(yōu)勢。

圖2. CT電池的循環(huán)性能與文獻(xiàn)報道的對比

Investigating Degradation Modes in Zn-AgO Aqueous Batteries with In Situ X-Ray Micro Computed Tomography, Advanced Energy Materials. 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101327

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202101327

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