MRI技術揭密：即時觀測鋰電池金屬離子溶解，提升效能與安全性

現代生活中，許多便利與高效的裝置都依賴於可充電電池。其中，鋰離子電池因其低成本與高工作電壓的特性，成為電子產品與電動車的理想選擇。然而，隨著使用次數增加，電池效能逐漸下降，且老舊電池的安全性也引發了廣泛關注。

導致電池效能衰退的原因之一，是陰極金屬離子溶解至電解質的現象。然而，由於溶解量極小，研究這一過程相當困難。為了深入理解電池陰極的變化，研究人員必須掌握溶解發生的時間、位置及程度，才能有效解決問題。

日本東北大學的研究團隊開發了一種新方法，利用核磁共振成像（MRI）技術，成功即時觀測到陰極金屬離子的溶解過程。這項研究成果已發表於《Communications Materials》期刊。東北大學多學科先進材料研究所（IMRAM）的研究員Nithya Hellar表示：「研究結果顯示，MRI能以高靈敏度檢測極少量的錳（Mn）溶解，並即時視覺化，這將大幅加速相關研究的進展。」

MRI是一種醫療影像技術，利用磁場與無線電波生成影像。為了增強影像中特定區域的可見度，通常會使用如釓（gadolinium）等對比劑。釓具有順磁性，能改變目標區域的磁特性，從而提高MRI的影像清晰度。研究團隊利用這一原理，觀察到陰極溶解的錳離子（Mn²⁺）在MRI影像中呈現訊號強度增加，證實了溶解現象的發生。

研究人員進一步測試了一種由德國明斯特大學MEET電池研究中心開發的替代電解質系統LiTFSI MCP，該系統被認為能抑制金屬離子的溶解。結果顯示，MRI影像中並未出現顯著的訊號強度增加，表明溶解現象並未發生。

東北大學名譽教授川村淳一指出：「這項測試方法為研究人員提供了極大的幫助，能夠探索不同電化學條件下的金屬離子溶解現象，例如更換電解液、鹽類、電極與新增劑等。這種識別方法有助於設計鋰電池材料並提升其效能。」

展望未來，這項技術將大幅提升研究人員對電池內部反應的理解，並有助於測試新型電池技術。Hellar表示：「我們相信，這項方法能解答長期以來關於鋰離子電池電極中金屬離子溶解的時間、位置與方式的問題，並可擴充套件至其他電化學系統。」