同步辐射的电池研究

卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和明斯特大学的研究人员在卡尔斯鲁厄研究加速器（KARA）上使用新型NAPXAS仪器，旨在从分子层面精确观察电池的充放电过程。通过使液体对同步辐射研究中的软X射线可用，NAPXAS为深入了解电池中的工作过程提供了独特见解。

同步加速器是发射电磁辐射（如软X射线）的粒子加速器。同步辐射使我们能够洞察材料的内部结构和工作原理，因此在先进技术的发展中发挥着重要作用。软X射线（波长约为1至2纳米）是研究能源转型中电化学储能系统的理想选择——但迄今为止，其使用受到限制：它们需要真空环境。“在惰性气体下进行的复杂过程中，必须从电池中提取材料，进行干燥，固定在合适的样品架上，然后——在不受空气或水分污染的情况下——转移到真空室中进行软X射线测量，”KIT量子材料与技术研究所（IQMT）的彼得·纳格尔博士说。“为了分析整个充电周期，这些步骤需要在不同充电阶段的数百个不同制备的电池上进行。”

现在，随着在IQMT的软X射线分析设施WERA（位于卡尔斯鲁厄研究加速器KARA的KIT光源）中实施的新型NAPXAS（近环境压力X射线吸收光谱学）仪器的出现，这种情况注定会改变。“使用NAPXAS，我们可以在或多或少标准的湿法化学条件下对电池中的能量转换和老化过程进行光谱学研究，而且可以在电池使用期间实时进行这些研究，”领导该项目KIT工作的纳格尔说。

锂离子电池技术局限性的新调查

NAPXAS将首次用于明斯特大学LimLi（意为克服锂离子电池的局限性）研究项目中。领导该校电池研究中心MEET（明斯特电化学能源技术）相应研究活动的卡琳·克莱纳博士说：“我们想了解锂离子电池储能容量在原子层面的限制因素，以便我们能够克服这些限制。通过结合理论和创新实验方法，我们可以深入了解储能过程。我们的目标是通过系统地改变电池材料中的活性位点，开发出新颖且更高效的储能和转换方式。”

面向国际研究开放

新仪器目前处于测试阶段，正在进行调试。其测量所需的同步辐射将由KARA提供，KARA由光束物理与技术研究所作为加速器测试设施和KIT光源运营。在完成这一测试阶段后，计划通过卡尔斯鲁厄纳米微设施（一个研究微米和纳米范围内功能材料的高科技平台），向全球研究人员开放NAPXAS和WERA的使用。NAPXAS的资金由德国联邦教育与研究部通过LimLi研究项目提供。