蓋世汽車訊 電池電芯是一個(gè)復(fù)雜且不斷變化的系統(tǒng)，每一個(gè)粒子都有一個(gè)故事。

（圖片來源：NREL）

據(jù)外媒報(bào)道，在美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL），有一個(gè)共識(shí)是X射線成像技術(shù)是解鎖儲(chǔ)能系統(tǒng)性能關(guān)鍵信息的關(guān)鍵。因此，在使用X射線診斷技術(shù)檢測電池材料的組成和架構(gòu)方面，NREL的研究人員一直處于科技前沿。預(yù)計(jì)該實(shí)驗(yàn)室將增加一臺(tái)新的X射線納米級(jí)計(jì)算機(jī)斷層（nano-CT）掃描儀。借助于該技術(shù)，未來NREL的研究人員能夠更加清晰地了解能源材料。

“作為電化學(xué)研究方面的領(lǐng)先機(jī)構(gòu)，持續(xù)投資nano-CT等領(lǐng)先設(shè)施，具有重要意義。”NREL高級(jí)儲(chǔ)能研究員Donal Finegan表示，“這臺(tái)掃描儀的空間分辨率高達(dá)50nm，大大提升了NREL的業(yè)務(wù)能力。除此之外，只有高能同步加速器X射線設(shè)施才能達(dá)到這一極限。”

這為研究人員打開了大門，有助于進(jìn)一步分析和了解電池材料。當(dāng)樣品旋轉(zhuǎn)時(shí)，X線束能夠創(chuàng)建具有極端分辨率的3D圖像。通過這些圖像，研究人員可以分析電池材料的性能，如晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和3D架構(gòu)。考慮到nano-CT的非破壞性，研究人員可以實(shí)時(shí)觀察材料變化，以了解電池在運(yùn)行或循環(huán)過程中發(fā)生的反應(yīng)。

電池研究的未來機(jī)遇

NREL、加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）、亞眠大學(xué)（Université de Picardie Jules Verne）和賽默飛世爾科技公司（Thermo Fisher Scientific）的領(lǐng)先納米技術(shù)科學(xué)家共同撰寫了一篇自然納米技術(shù)綜述，詳細(xì)介紹了電池診斷成像方面的歷史和發(fā)展趨勢，以及利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)改善現(xiàn)有成像和計(jì)算建模能力的機(jī)會(huì)。

通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)建模，預(yù)測結(jié)果和自動(dòng)化分析過程。再加上nano-CT，可以開發(fā)預(yù)測性模型，分析電極微觀結(jié)構(gòu)或材料非均質(zhì)性（如顆粒形狀的均勻性）如何影響電化學(xué)響應(yīng)。因此，研究人員可以快速評(píng)估復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，以確定下一代電池設(shè)計(jì)的新解決方案。

此外，通過生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）等建模工具，可以提高數(shù)字圖像的分辨率，彌合診斷成像尺度之間的差距，從而提供鋰離子電極顆粒形態(tài)（即其結(jié)構(gòu)）的整體視圖。舉例來說，不同電極顆粒的形狀和尺寸差異較大，因此對于了解電池工作方式，多尺度圖像具有重要意義。即使進(jìn)行放大，也可以看到退化機(jī)制（或?qū)﹄姵貕勖踩院涂煽啃援a(chǎn)生負(fù)面影響的材料不一致性），當(dāng)然研究人員要知道該從哪種尺度上觀察。

最近，NREL與烏爾姆大學(xué)（University of Ulm）、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）的研究人員合作，在《npj計(jì)算材料學(xué)》（npj Computational Materials）期刊上發(fā)表了一篇論證文章，介紹如何應(yīng)用GANs來提高顯微鏡圖像的分辨率，并使其能夠量化肉眼看不到的微小特征，如電極顆粒中的裂縫。

Finegan表示：“研究人員希望利用這臺(tái)新型nano-CT掃描儀，為未來開發(fā)合成和制造下一代電池材料的技術(shù)提供信息。憑借內(nèi)部高分辨率成像能力，研究團(tuán)隊(duì)能夠加快速度，進(jìn)一步了解更耐退化機(jī)制（例如粒子破裂）的材料。在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合與其他顯微技術(shù)和創(chuàng)新機(jī)器學(xué)習(xí)方法，將把表征能力提升至新的高度。”

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