Науковці з Дрексельського університету у Філадельфії розробили інноваційний метод виявлення дефектів у літій-іонних батареях до того, як вони можуть стати причиною небезпечного теплового розгону чи загоряння. Нова технологія використовує ультразвук для глибокої діагностики електрохімічних процесів і механічних властивостей акумуляторів.
Про це розповідає ProIT
Інноваційний підхід до контролю якості акумуляторів
Зростання кількості пожеж, пов’язаних із літій-іонними акумуляторами, привернуло увагу до необхідності вчасного виявлення прихованих дефектів. Традиційні методи перевірки — візуальний огляд, тестування продуктивності та рентгенівське сканування — мають свої обмеження: вони дорогі, повільні та не завжди дозволяють виявити всі проблеми на ранній стадії. Ультразвукова діагностика, запропонована дослідниками, забезпечує швидкість, доступність та високу точність у виявленні внутрішніх дефектів. Вони створили компактний і недорогий настільний прилад, який можуть застосовувати фахівці навіть у сфері виробництва електромобілів.
За статистикою, у щоденному користуванні людина використовує від трьох до чотирьох пристроїв із батареями: смартфони, ноутбуки, електроінструменти, електротранспорт. Масове виробництво цих пристроїв підвищує ризик появи неякісних акумуляторів. Навіть незначний пропущений дефект може призвести до серійного випуску небезпечної продукції. Новий підхід дозволяє виявляти такі дефекти швидше та ефективніше, ніж традиційні методи.
«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.
Технологія скануючої ультразвукової мікроскопії
Методика базується на використанні скануючої ультразвукової мікроскопії, яка дозволяє пропускати низькоенергетичні звукові хвилі через корпус акумулятора. Ці хвилі не впливають на роботу елементу, проте змінюють свої характеристики при проходженні через різні матеріали й структури всередині батареї. Це дає змогу швидко виявити навіть мінімальні хімічні й структурні зміни, такі як газові порожнини, сухі ділянки, пошкодження або дисбаланс матеріалів, що можуть призвести до коротких замикань чи зниження продуктивності.
Крім того, висока чутливість ультразвукового методу дозволяє відстежувати, як нові хімічні компоненти деградують у лабораторних умовах. Під час дослідження команда з Дрекселя співпрацювала зі стартапом SES AI, який спеціалізується на літій-металевих акумуляторах. Окрім апаратного забезпечення, було розроблене програмне забезпечення з відкритим кодом для керування приладом і швидкого аналізу отриманих даних. Це ПЗ має простий у використанні інтерфейс і регулярно оновлюється, що дозволяє вченим без спеціальної підготовки ефективно діагностувати акумулятори наступного покоління.
Результати дослідження опубліковано у журналі Electrochimica Acta.
