本發(fā)明屬于電池表征，具體涉及一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，適用于磁共振成像儀。

背景技術(shù)：

1、水系離子電池，如水系鋅電池，具有低成本性、高安全性、高儲量性和高能量密度性等優(yōu)勢，在近些年成為電池領(lǐng)域的研究熱門，但鋅電池界面處嚴重的枝晶生長嚴重抑制了其商業(yè)化進程。針對水系鋅電池原位下空間離子傳遞信息和界面反應(yīng)狀況的檢測對水系鋅電池性能的評估與提升具有重要意義。

2、目前，針對水系離子電池的原位表征技術(shù)，存在一定的局限性，例如：光學(xué)顯微鏡要求電池模型具有透光性；原位差分電化學(xué)質(zhì)譜只能通過電池運行過程中的氣體消耗與生成情況來間接反應(yīng)出電化學(xué)反應(yīng)過程等，類似的這些表征技術(shù)無法便捷直觀地反應(yīng)電池運行中的電化學(xué)過程和空間信息?；诖殴舱癯上窦夹g(shù)具有無損性、非侵入性和實時性等優(yōu)勢，基于磁共振成像儀的水系鋅電池表征技術(shù)可以采集到多方位、多層次、多維度的離子濃度信息，且可以實時追蹤并分析其電化學(xué)反應(yīng)。因此，開發(fā)適用于磁共振成像儀的水系離子電池及其離子濃度實時檢測方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，通過易于組裝的電池模型結(jié)合磁共振成像儀能夠有效地進行離子濃度的測定和表征，解決了上述背景技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，包括如下步驟：

3、so，組裝水系離子電池；

4、s1，將水系離子電池放入磁共振成像儀的檢測區(qū)域，連接電化學(xué)工作站；

5、s2，通過scout序列確定電極—電解液界面所在區(qū)域；

6、s3，通電，使用fse序列等間隔時間采集電極—電解液界面二維圖像數(shù)據(jù)，得到電解液離子濃度的表征圖譜。

7、優(yōu)選地，步驟s1中，設(shè)置電化學(xué)工作站為恒流充電以及恒流放電模式。

8、優(yōu)選地，步驟s2中，采集水系離子電池的二維冠狀面圖像，找到金屬陽極所在的界面處；選取0.5mm-1mm層厚，該區(qū)域所在的二維橫斷面即為電極—電解液界面所在區(qū)域。

9、優(yōu)選地，步驟s2中，先采用vnmrj軟件的scout序列對水系離子電池進行定位采樣，并將電池空間位置調(diào)整在采集圖像的正中央；之后進行調(diào)諧，使頻率點與氫核的核磁共振頻率保持一致；接著使用ge3dshim序列對水系離子電池所在區(qū)域進行高階勻場；最后使用prescan?list進行功率矯正。

10、優(yōu)選地，步驟s3中，使用fse序列，設(shè)置采集參數(shù)，參數(shù)包括充電時間、電流大小、采樣序列、采樣區(qū)域、采樣時間。

11、優(yōu)選地，步驟s3中，首先采集一張未通電時電極—電解液界面的二維磁共振圖像；之后打開lanbts控制軟件，開始通電，同時進行第一次原位二維磁共振圖像采集；此后等間隔時間采集電極—電解液界面二維磁共振圖像。

12、優(yōu)選地，步驟s3中，將采集到的二維磁共振圖像用matlab進行圖像處理，給采集到的二維磁共振圖像加上colorbar，得到電極—電解液交界處的離子濃度成像圖。

13、優(yōu)選地，所述水系離子電池包括電池腔體、正極電極片、負極電極片、第一集流體、第二集流體、第一o型密封圈、第二o型密封圈、第一螺紋帽、第二螺紋帽、第一銅線、第二銅線；所述第一螺紋帽內(nèi)有第一集流體固定凹槽，所述第二螺紋帽內(nèi)有第二集流體固定凹槽；所述電池腔體內(nèi)兩側(cè)有第一電極固定臺以及第二電極固定臺；第一集流體固定在第一螺紋帽的凹槽上，第一銅線與第一集流體的凹槽焊接，且穿過第一螺紋帽內(nèi)的圓孔；第二集流體固定在第二螺紋帽的凹槽上，第二銅線與第二集流體的凹槽焊接，且穿過第二螺紋帽內(nèi)的圓孔；所述正極電極片固定在電池腔體內(nèi)的第一電極固定臺，所述負極電極片固定在電池腔體內(nèi)的第二電極固定臺，兩電極片之間與電池腔體形成的封閉腔體內(nèi)填充電解液；所述第一螺紋帽和第二螺紋帽旋進電池腔體后，所述第一集流體與正極電極片相接觸，所述第二集流體與負極電極片相接觸。

14、優(yōu)選地，所述水系離子電池包括水系鋅電池，正極電極片和負極電極片為鋅片。

15、優(yōu)選地，所述第一o型密封圈安裝在第一螺紋帽內(nèi)；所述第二o型密封圈安裝在第二螺紋帽內(nèi)。

16、本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點：

17、1.本發(fā)明采用電化學(xué)與磁共振技術(shù)的聯(lián)用，利用核磁共振成像無損性、非侵入性和實時性等優(yōu)勢，可以實時追蹤并分析其電化學(xué)反應(yīng)，并與電極片處的金屬沉積和剝落相結(jié)合，實現(xiàn)濃度信息多方位、多層次、多維度地表征；同時，該檢測方法具有通用性，應(yīng)用范圍廣，可復(fù)制性強。

18、2.本發(fā)明采用scout序列和fse序列快速確定電極—電解液界面所在區(qū)域，選取特定0.5mm-1mm層厚，夠在減少表征時間的前提下，保證采集圖像的信噪比。

19、3.本發(fā)明檢測的離子濃度信息是基于離子本身，而不是整個電解質(zhì)。

20、4.本發(fā)明的電池基于螺紋和o圈的氣密性，對原有電池模型密封性進行改良，解決了采集出來的圖像明顯不夠飽滿的問題；同時，電池模型組裝便捷且穩(wěn)定性強，材質(zhì)采用聚四氟乙烯材料，材料實用穩(wěn)定，且可以保證實驗過程中磁共振成像儀內(nèi)主磁場的磁場和線圈射頻場的均勻性與穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s1中，設(shè)置電化學(xué)工作站為恒流充電以及恒流放電模式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s2中，采集水系離子電池的二維冠狀面圖像，找到金屬陽極所在的界面處；選取0.5mm-1mm層厚，該區(qū)域所在的二維橫截面電極—電解液界面所在區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s2中，通過磁共振成像儀對水系離子電池進行定位采樣，并將電池空間位置調(diào)整在采集圖像的正中央；之后進行調(diào)諧，使頻率點與氫核的核磁共振頻率保持一致；接著使對水系離子電池所在區(qū)域進行高階勻場；最后進行功率矯正。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s3中，設(shè)置采集參數(shù)，參數(shù)包括充電時間、電流大小、采樣序列、采樣區(qū)域、采樣時間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s3中，首先采集一張未通電時電極—電解液界面的二維磁共振圖像；之后打開電化學(xué)工作站控制軟件，開始通電，同時進行第一次原位二維磁共振圖像采集；此后等間隔時間采集電極—電解液界面二維磁共振圖像。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：步驟s3中，將采集到的二維磁共振圖像進行圖像處理，得到電極—電解液交界處的離子濃度成像圖。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：所述水系離子電池包括電池腔體、正極電極片、負極電極片、第一集流體、第二集流體、第一o型密封圈、第二o型密封圈、第一螺紋帽、第二螺紋帽、第一銅線、第二銅線；所述第一螺紋帽內(nèi)有第一集流體固定凹槽，所述第二螺紋帽內(nèi)有第二集流體固定凹槽；所述電池腔體內(nèi)兩側(cè)有第一電極固定臺以及第二電極固定臺；第一集流體固定在第一螺紋帽的凹槽上，第一銅線與第一集流體的凹槽焊接，且穿過第一螺紋帽內(nèi)的圓孔；第二集流體固定在第二螺紋帽的凹槽上，第二銅線與第二集流體的凹槽焊接，且穿過第二螺紋帽內(nèi)的圓孔；所述正極電極片固定在電池腔體內(nèi)的第一電極固定臺，所述負極電極片固定在電池腔體內(nèi)的第二電極固定臺，兩電極片之間與電池腔體形成的封閉腔體內(nèi)填充電解液；所述第一螺紋帽和第二螺紋帽旋進電池腔體后，所述第一集流體與正極電極片相接觸，所述第二集流體與負極電極片相接觸。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：所述水系離子電池包括水系鋅電池，正極電極片和負極電極片為鋅片。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，其特征在于：所述第一o型密封圈安裝在第一螺紋帽內(nèi)；所述第二o型密封圈安裝在第二螺紋帽內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水系離子電池的磁共振成像離子濃度實時檢測方法，包括如下步驟：SO，組裝水系離子電池；S1，將水系離子電池放入磁共振成像儀的檢測區(qū)域，連接電化學(xué)工作站；S2，通過磁共振成像儀確定電極—電解液界面所在區(qū)域；S3，通電，等間隔時間采集電極—電解液界面二維圖像數(shù)據(jù)，得到電解液離子濃度的表征圖譜。本發(fā)明適用于磁共振成像儀對所述電池在原位實驗中的檢測，可以獲得水系離子電池—電極界面離子濃度信息，從而分析電極界面金屬的沉積與剝離，控制靈敏度高，檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有廣泛推廣的可能性。

技術(shù)研發(fā)人員：曹爍暉,巫棣,江文龍,王濤,孫惠軍,倪祖榮,陳忠
受保護的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9