锂作为电池原料有很多优点:它是最轻的金属，具有巨大的电化学电位和能量密度。但它也有问题，包括不稳定的安全记录。
欣欣,胡
图片来源:Stephen Bilenky
MagLab科学家胡燕燕登场。
胡因解决了一个重大的骨骼之谜而获得博士学位。利用核磁共振(NMR)，她发现了柠檬酸分子在这两种成分的界面上指导复合骨基质的形成。
从那以后，胡从骨头变成了电池。她特别研究了锂离子电池电极和电解质之间的界面。
像所有的电池一样，锂离子电池有阳极和阴极;锂离子通过这两个电极之间的电解质来产生能量。
但即使只有三种主要成分，当你把它们放在一起时，问题也会出现。例如，材料积聚在电极表面，降低了电池的容量。如果这些金属树枝状结构的吸积最终到达相反的电极，它们就会形成一个桥，使电池短路并导致过热。
尽管目前大多数锂电池使用的是液体电解质，但胡等科学家正在寻找一种更安全(阻止电子传导桥的形成)并产生更大容量的固体。所以他们问:什么固体电解质会停留在电极的界面上?电荷如何从一边移动到另一边?
Hu和她的团队用一种复合电解质——镧锂锆氧化物-聚乙烯氧化物(LLZO-PEO)进行了实验，这种电解质利用了陶瓷和聚合物的有用特性。他们想知道锂离子是如何穿过LLZO-PEO的:穿过陶瓷?通过聚合物?通过界面?
这是一个直截了当的问题——答案隐藏得很好。
胡教授解释说:“研究界面很困难，因为它被埋在地下。”“陶瓷和聚合物混合在一起。你不可能把它们分开再看界面。如果你把它们分开，它就不再是一个界面了。”
高场核磁共振使胡和她的团队能够在原子水平上看到这些离子的作用。他们制造了小型锂离子纽扣电池，并使用特殊设备观察电池在磁场中充放电时锂离子的移动位置。
为了做到这一点，她的团队设计了一个技巧:在电解质中使用锂的一种同位素(或变体)(在这种情况下是锂-7)，在电极中使用另一种同位素(锂-6)。这使得Hu能够识别离子的路径:锂-7离子在任何地方都被锂-6离子交换。
事实证明，这条路穿过了陶瓷。这样的知识可以帮助工程师操纵界面，设计更安全、更强大的电池材料。
克里斯汀·科因著
