可充电电池广泛应用于便携式电子设备、电动汽车以及可再生能源储存领域。电池失效通常源于电解液的损耗或化学降解。一个包括德国亥姆霍兹美因茨研究所、达姆施塔特重离子研究中心、美因茨约翰内斯·古腾堡大学、柏林联邦物理技术研究院以及纽约大学在内的国际研究团队，近期探索了如何利用特殊核磁共振技术，透过电池外壳对电解液进行无损诊断。相关成果已发表在《化学科学》期刊上。

电池工作原理与检测挑战

电池以化学形式储存电能，内部包含两个金属电极和被称为电解液的介质。放电时，内部发生化学反应使带电粒子迁移，电子则通过外部电路流动提供电能。在可充电电池中，该过程可逆：充电重置化学状态，使储能设备得以重复使用。经过多次充放电循环，电解液会发生变化、老化或泄漏，可能导致电池失效，甚至因发热或爆炸带来安全风险。

“目前缺乏可靠的无损检测方法来确定电池状态，因为传统技术无法透过外壳测定电解液的量和化学成分。这正是我们研究的切入点。”论文共同第一作者安妮·法布里坎特博士表示。她在亥姆霍兹美因茨研究所和柏林联邦物理技术研究院参与了实验。“我们采用零至超低场磁共振技术检测电池。电池外壳对该技术是透明的，使我们能够看到内部。”

技术突破与实验验证

这种诊断技术被称为ZULF NMR，即在无强外部磁场影响下测量核磁共振。亥姆霍兹美因茨研究所和美因茨大学的德米特里·布德克教授解释：“在测试中，我们成功透过金属电池外壳直接检测并定量了商用电解液中的溶剂和锂盐成分。这些是真实封装电池，包括电动汽车中常用的软包电池结构。我们已验证了该技术的可行性，为其实际应用铺平了道路。”

未来，ZULF NMR有望用于可充电电池运行过程中的完整性检测，即原位测量。这一技术日益重要，因为电池广泛应用于手机、笔记本电脑等小型移动设备，以及电动汽车等大型场景，对可再生能源储存尤为关键。此外，该测量技术还能深化对电化学过程的理解，支持下一代电池技术的开发。

行业意义与未来展望

纽约大学项目主要合作者阿列克谢·杰尔肖夫教授表示：“无损表征电解液体积和成分的能力，有助于优化电池设计，并成为电池全生命周期的重要质量控制工具。”杰尔肖夫是卡尔·蔡司-洪堡研究奖获得者。

布德克的研究团队正计划进一步实验以改进诊断方法。“我们有许多想法，如何让检测更精确、更快速，如何检测更大电池，以及如何降低成本。我相信，长期来看，这项技术将与其它更具侵入性的诊断方法并存。”

随着新能源产业的快速发展，电池安全已成为行业关注的焦点。该无损检测技术的突破，为提升电池可靠性和延长使用寿命提供了新的技术路径，有望在未来为新能源汽车和储能领域的电池安全保障发挥重要作用。

出版详情：作者：Anne M. Fabricant 等，标题; 《利用超场核磁共振技术对电池中的电解质成分进行无损观察》， 发表于：《化学科学》 (2026)。期刊信息：《化学科学》