20世纪初，X射线成像的发明提供了医学知识的飞跃。从那时起，我们可以看到我们身体的骨骼是如何工作的，从而带来了许多新的治疗方法。

现在，使用类似的方法中子成像使氧化还原液流电池的内部功能可视化成为可能，氧化还原液流电池是一种主要用于太阳能和风能系统大规模存储的电池。该研究是发表在日记中自然通讯。

能够看到这些电池的内部结构为改进它们提供了新的可能性。

由 TU/e 研究员 Antoni Forner-Cuenca 领导的 TU/e、麻省理工学院 (MIT) 和瑞士 Paul Scherrer 研究所 (PSI) 之间的国际合作，利用中子成像开发了这种新方法。

这一突破提供了非凡的动态图像，帮助我们了解氧化还原液流电池的内部工作原理。

好奇心驱动的跨学科研究

更重要的是，这些图像为新的想法和解决方案提供了灵感和指导。更直接地说，该方法可以帮助氧化还原液流电池的开发，尽管福纳昆卡团队设计的新成像技术也可能有助于其他科学学科的发展。“我们的方法是在不同领域进行实验和借鉴的结果。这是一个令人兴奋的例子，说明了好奇心驱动的跨学科研究的重要性。”

中子射线照相术在题为“利用中子射线照相术量化氧化还原液流电池中的浓度分布”的研究中发挥着至关重要的作用。福纳·昆卡 (Forner Cuenca) 在攻读博士学位期间学到了很多有关这种成像技术的知识。培训于 2013 年在 PSI 开始。然后，2017年，他在麻省理工学院进行博士后研究，在那里他了解了氧化还原液流电池。就在那时，他脑子里的灯泡亮了。

系统仍然是一个黑匣子

“液流电池内部有流动的液体，即所谓的电解质。当电池充电或放电时，电流流过电池。因此，电解质中的离子和氧化还原分子开始向不同方向移动，从而导致分子浓度的变化。

“这种运动决定了电池的性能和耐用性，但迄今为止，该系统仍然是一个黑匣子。观察工作电池内部并可视化浓度分布的能力将极大地提高我们对系统的理解。”

因此，电池工作原理的一个关键因素仍然是未知领域，这引起了福纳昆卡的思考。“我们的身体也主要由液体组成，即水。X 射线穿过液体并与骨骼中的较重元素相互作用，使您无需剖开身体即可看到它们。

“中子的工作方式相反：它们很容易穿过电池外壳材料，但与液体电解质中的分子发生强烈相互作用。”

现有科学的新应用

“利用中子与某些分子相互作用的这一基本特性，我们正在使用中子射线照相术第一次观察液流电池中分子的浓度。”换句话说，这是现有科学的新应用。

“这种技术本身并不新鲜；例如，博物馆已经使用它来观察历史物品的构成而不损坏它们。但现在我们也可以用它来可视化移动的流体，如氧化还原液流电池”。

不过，福纳-昆卡和他的团队使用的方法仍然比 X 射线摄影费力得多，并且与定格动画类似。

“为了实时跟踪电池中液体浓度的变化，我们每 30 秒连续拍摄穿过电池的中子集合的照片。可以说，我们将这些照片拼凑在一起，为我们提供了一段视频显示电池运行期间浓度如何变化。”

10 天轮班 24 小时测量

这些实验是在 PSI 的中子源进行的。由三名博士组成的协作团队。学生们与 Forner-Cuenca 的 Remy Jacquemond、Maxime van der Heijden 和 Emre Boz 一起负责实验，他们现在已经成功毕业，成为医生。由于实验非常激烈，团队在大约 10 天的时间里进行了 24 小时轮班测量，以最大限度地提高生产力。

“有机会使用中子是一次非凡的经历；我们平均每两年才使用一次这样的设备。PSI（实验发生地瑞士保罗谢勒研究所编辑）每年都会举办一次国际实验竞赛按重要性排名。我们有幸进行了四项成功的实验。”

“就努力和专业知识而言，这个项目具有挑战性，三名博士生的合作对其成功至关重要。我为这三位同事感到非常自豪，他们作为一个真正的团队努力工作和协作。这表明了团队合作的巨大价值，无论是在我们的研究团队中，还是与 PSI 和麻省理工学院的国际合作者中。”

有很多需要改进的地方

Forner Cuenca 表示，出于多种原因，可视化氧化还原液流电池中的流体作用非常重要。“当然，了解电池内部发生的过程意味着我们可以开发性能更好的系统，使其工作效率更高，使用寿命更长。

“因此，由于它们主要用于储存太阳能和风能的可再生能源，我们希望为能源转型做出贡献。”正如 Forner Cuenca 在我们网站上的这篇早期文章中所解释的那样，仍然有很多需要改进的地方。

然而，与任何新技术一样，它也提供了未来的其他可能性。“例如，化学反应器用于制造塑料、化妆品和药品等各种产品。由于我们的方法能够实现溶液中有机分子的可视化，因此我们预计其他工业应用可以从我们的成像技术中受益。”

这些新的见解反过来可能会带来完全不同的方法或想法。“这就是最令我兴奋的：激发好奇心。毕竟，这就是我们开发这种新方法的方式。协作研究和好奇心驱动的想法是科学发现的两个关键要素。在 ERC 资助的蓝天项目的支持下，我们能够开发这种方法，并且我们在未来有许多新的想法可以追求。”