一個電池的內部壽命一直是一個頑固的謎題：它運作良好，直到某一刻，突然就不再運作。最近，一個國際研究團隊終於找到了一種方法，利用專門的核磁共振技術來診斷電池的內部運作。來自海爾姆霍茲研究所（Helmholtz Institute Mainz，簡稱 HIM）和紐約大學的科學家們開發出一種無損的方法，可以透過電池的金屬外殼來診斷其健康狀況。這一技術有望結束智能手機、电動車及其他電子設備中意外電池故障的時代。研究的共同第一作者安妮·法布里坎特（Dr. Anne Fabricant）表示：「我們使用了所謂的零至超低場磁共振技術。這種技術使我們能夠透過外殼看到內部情況。」
每一個可充電電池都依賴於電解液。這種化學介質充當著帶電粒子在電極之間移動的高速公路。隨著電池的老化，這條高速公路會開始崩潰。電解液可能會泄漏、乾涸，或在數千次充電循環中化學降解。最終，重複使用會使電池失效，或在極端情況下，造成火災隱患。此前，無法在不切開電池的情況下檢查這種化學脈動，而切開電池的過程顯然會摧毀其功能。法布里坎特補充說：「目前缺乏可靠的無損檢測電池狀態的方法，因為通過外殼無法用傳統技術確定電解液的量和化學成分。這正是我們研究的重點所在。」
這項診斷技術使用了零至超低場核磁共振（Zero-to-Ultra-Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，簡稱 ZULF NMR）。核磁共振技術能夠在沒有強外部磁場的情況下獨立捕捉數據，這有助於透過金屬電池外殼觀察內部情況。Dmitry Budker 教授及其團隊成功地利用這項技術檢測和定量商業電池單元內部的化學成分，包括溶劑和鋰鹽。他表示：「這些都是現實包裝的電池單元，包括用於電動車的所謂袋型電池。我們因此證明了這一概念，並為該技術的實際應用鋪平了道路。」
隨著可再生能源儲存和電動車的快速發展，實時電池健康監測對於安全至關重要。ZULF NMR 的未來應用包括 operando 測量，這使得在電池使用過程中進行實時安全和完整性測試成為可能。這種 operando 測量意味著電動車能夠即時提示其續航範圍下降的原因，或在化學不穩定性導致火災之前發出警報。這項技術對從智能手機到筆記本電腦，再到電動車和大規模可再生能源電網等各類設備都可能帶來好處。
除了監測當前健康狀況外，這些見解還有助於闡明複雜的電化學過程，推動下一代電池技術的更高效率。來自紐約大學的主要項目合作者 Alexej Jerschow 教授表示：「無損地表徵電解液的體積和成分支持優越的電池設計，並作為電池在其生命周期內的重要質量控制工具。」研究人員已經開始尋找擴展的方法，目標是使傳感器更快、更便宜，並能夠掃描用於電網規模能源儲存的巨型電池組。這些研究成果已發表在《Chemical Science》期刊上。
