鋰離子電池以其高能量密度、輕質以及充分的充電循環成為現代便攜式電子設備的支柱。由于為電動汽車供電、在地方電網中使用大容量電池進行負載均衡等新需求，改進電池存儲已成為不斷尋求性能進步的研究增長領域。

鋰離子電池以其高能量密度、輕質以及充分的充電循環成為現代便攜式電子設備的支柱。由于為電動汽車供電、在地方電網中使用大容量電池進行負載均衡等新需求，改進電池存儲已成為不斷尋求性能進步的研究增長領域。

現在，電子順磁共振（EPR）波譜第一次可用于在電池進行充放電循環時（在運行中），對電極實際表面發生的氧化還原過程實時成像。

EPR或電子自旋共振（ESR）波譜是一種著名的波譜技術，可用于研究強磁場中微波激發的未成對電子自旋。1原則上類似于核磁共振（NMR），EPR對于研究涉及存在未配對電子的金屬復合體或有機基團的系統特別有用。

通過將EPR進一步推進到成像中，類似于磁共振成像（MRI），已為電化學領域提供了一種強有力的技術，可用于表征在電池的氧化還原循環期間自由基氧物質的形成和消失。

在室溫條件下，使用Bruker ELEXSYS E580波譜儀，記錄下閉合電路中的微波兼容電化學電池在采集期間的EPR波譜。利用Flexline諧振器獲得的更高的脈沖EPR數據采集速度和精度，提供了一個可實現具有適當的、微米級分辨率的EPR成像（EPRI）平臺。

現在，EPRI提供了研究新一代高容量電極材料的機會，并最終能夠以類似于利用掃描電子顯微鏡（SEM）實現原子可視化的方式，實現電子密度可視化，而SEM最近已結合常規EPR被用于檢查運行中的鋰電極。2

在《自然》上最近的一篇文章中，概述了利用創新的運行中EPR成像波譜法對一種鋰離子電化學電池進行的研究，該電池使用Li2Ru.0.75Sn0.25O3，高容量富鋰層氧化物作為正極。

Ru5+和順磁氧物質的運行中EPR信號顯示了超氧化/過氧 (O2)n- 離子可逆形成的有力證據，它賦予系統以高容量。此外，利用EPRI，實現了對鋰在負極和成核區的沉積/溶出、以及Ru5+／氧物質在正極上的生長的微米級分辨率的可視化。

原位EPRI仍在發展，但到目前為止仍缺乏較高的分辨率，不過，正通過兩條途徑以尋求提高靈敏度和分辨率，（1）梯度強度急劇增強到1Tcm-1；或者（2）使用具有更高B1場的EPR微諧振器，這將需要專門設計的微電池供實驗。

EPRI的新領域將實現大量令人興奮的實驗，以研究新電池中的氧化還原物質的動力學特性與電流率、電位、靜止時間、電解質或溫度的函數關系，這將促進新型高效電池設計的發展。

參考文獻

· Lund, A.、Shiotani, M.、Shimida, S.；“ESR波譜的原理和應用”；2011；Springer；紐約。

· Wandt J.、Marino C.、Gasteiger H.A.等；“運行中電子順磁共振波譜——在充放電循環過程中在鋰陽極上形成苔蘚鋰”；2015；Energy Environ. Sci.；8, 1358。

· Sathiya M.、Leriche J.-B.、Salager E.、Gourier D.、Tarascon J.-M.、Vezin H.；“用于實時監測鋰離子電池的電子順磁共振成像”；2015；Nature Comm.；6:6276 [DOI: 10.1038/ncomms7276]