Following lithiation fronts in paramagnetic electrodes with in situ magnetic resonance spectroscopic imaging.
Li-ion batteries are invaluable for portable electronics and vehicle electrification. A better knowledge of compositional variations within the electrodes during battery operation is, however, still needed to keep improving their performance. Although essential in the medical field, magnetic resonance imaging of solid paramagnetic battery materials is challenging due to the short lifetime of their signals. Here we develop the scanning image-selected in situ spectroscopy approach, using the strongest commercially available magnetic field gradient. We demonstrate the7Li magnetic resonance spectroscopic image of a 5 mm-diameter operating battery with a resolution of 100 μm. The time-resolved image-spectra enable the visualization in situ of the displacement of lithiation fronts inside thick paramagnetic electrodes during battery operation. Such observations are critical to identify the key limiting parameters for high-capacity and fast-cycling batteries. This non-invasive technique also offers opportunities to study devices containing paramagnetic materials while operating.
CNRS, CEMHTI UPR3079, Université d'Orléans, 1D avenue de la recherche scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.|Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Mingxue
M
Tang
CNRS, CEMHTI UPR3079, Université d'Orléans, 1D avenue de la recherche scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.|Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Vincent
V
Sarou-Kanian
CNRS, CEMHTI UPR3079, Université d'Orléans, 1D avenue de la recherche scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.|Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Philippe
P
Melin
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.|Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides (UMR 7314), Université de Picardie Jules Verne, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Jean-Bernard
JB
Leriche
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.|ICMCB, CNRS UPR9048, Université de Bordeaux, ENSCBP, 87 avenue du Dr A. Schweitzer, 33608 Pessac Cedex, France.
Michel
M
Ménétrier
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.|Collège de France, CNRS FRE3357, 11 place Marcelin Berthelot, 75005 Paris, France.|Alistore European Research Institute, CNRS FR3104, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Jean-Marie
JM
Tarascon
CNRS, CEMHTI UPR3079, Université d'Orléans, 1D avenue de la recherche scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.|Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Michaël
M
Deschamps
CNRS, CEMHTI UPR3079, Université d'Orléans, 1D avenue de la recherche scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.|Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR3459, 33 rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex, France.
Elodie
0000-0002-5443-9698
E
Salager