Depositphotos
Дослідники з Дрексельського університету у Філадельфії (США) розробили процес діагностики Li-ion-батарей для виявлення йомовірних дефектів та попередження їхнього теплового розгону.
Часті пожежі, пов’язані зі спалахуванням Li-ion-акумуляторів, змусили звернути увагу на вчасне виявлення дефектів, що викликають тепловий розгон і не можуть бути виявлені неозброєним оком. Дослідники з Дрексельського університету запропонували використовувати метод ультразвукової діагностики електрохімічних процесів всередині батареї та її механічних функцій.
«Хоча літій-іонні акумулятори вивчаються вже майже півстоліття і надійшли у продаж понад 30 років тому, ми лише нещодавно розробили інструменти, які дозволяють зазирнути всередину з високою роздільною здатністю. Ультразвук був адаптований з інших областей, таких як геофізика та біомедичні науки, для діагностики акумуляторів тільки в останнє десятиліття. Оскільки це абсолютно нова технологія в акумуляторній та електромобільній промисловості, необхідно навчати інженерів з акумуляторів тому, як вона працює і чому вона корисна», — пояснює головний дослідник Лабораторії динаміки акумуляторів в Інженерному коледжі Дрекселя, доктор наук Вес Чанг.
Дослідники продемонстрували недорогий і доступний настільний ультразвуковий прилад, який на їхнє переконання, зможуть використовувати фахівці з акумуляторів, зокрема, ті, хто працює над виробництвом електрокарів. За даними Consumer Affairs, люди щоденно використовують від 3 до 4 електроприладів на акумуляторах, включно зі смартфонами, ноутбуками, планшетами, електроінструментами і електротранспортом. Гонитва за виробництво акумуляторів для всієї цієї техніки нерідко призводить до комерційного випуску неякісних елементів.
«Хоча переважна більшість літій-іонних акумуляторів сьогодні є високопродуктивними та безпечними, при використанні тисяч осередків в електромобілях, а щорічно виробляються мільйони електромобілів, неминуче виникають дефекти», — зазначає Вес Чанг.
Поточні процеси контролю безпеки і якості вироблених акумуляторів базуються переважно на візуальному огляді і тестуванні продуктивності окремих осередків. Вироблені акумулятори можуть бути просвічені рентгеном для отримання зображення внутрішнього простору з високою роздільною здатністю, але це повільно і дорого.
Виробники мають виконувати відповідні протоколи перевірки та тестування, однак враховуючи масштаби виробництва, навіть незначний конструктивний або виробничий дефект, що не був заздалегідь виявлений, може призвести до випуску на ринок великої партії дефектних акумуляторів. Запропонований дослідниками з Дрексельського університету метод використовує ультразвук, який швидший та дешевший за використання рентгену.
Науковці використали скануючу ультразвукову мікроскопію для відправки низькоенергетичних звукових хвиль через батарею. Не впливаючи на внутрішні процеси або продуктивність акумулятора, швидкість хвиль змінюється при проходженні через різні матеріали всередині. Це дозволяє дослідникам провести швидкий та ретельний огляд хімічних змін всередині акумулятора.
Таким чином можна виявити структурні дефекти або пошкодження, здатні призвести до короткого замикання, а також — недоліки матеріалів та дисбаланси, які можуть вплинути на продуктивність. Новий спосіб діагностики дуже добре виявляє газ, наявність якого свідчить про сухі ділянки, здатні призводити до виходу з ладу окремих елементів.
Чутливість ультразвуку дозволяє також оцінювати, як нові хімічні елементи у складі акумуляторів виходять з ладу у дослідницьких та конструкторських лабораторіях. У рамках дослідження науковці співпрацювали з партнерським стартапом SES AI, що займається виробництвом літій-металевих батарей. Окрім опису процесу ультразвукового методу тестування, команда також розробила програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом для керування приладом та проведення швидкого аналізу отриманих даних.
«Вчені, які займаються акумуляторами, хочуть створювати якісніші акумулятори, а не розробляти нові інструменти. Ми надаємо інтерфейс користувача, який простий у використанні, з регулярними оновленнями програмного забезпечення. Це доповнює існуючий набір інструментів, які вчені, що займаються акумуляторами, мають під рукою для вимірювання та діагностики продуктивності акумуляторів наступного покоління», — наголошує Вес Чанг.
Дослідження опубліковане у журналі Electrochimica Acta
Джерело: TechXplore
