Декодирование звуков отказа литий-ионных батарей

Понимание акустических эмиссий в литий-ионных батареях

Литий-ионные батареи производят тихие звуки при зарядке, разрядке и деградации. Но до недавнего времени никто не мог интерпретировать эти звуки для прогнозирования проблем с производительностью батареи, таких как потеря мощности, сбой или даже опасность возгорания.

Прорыв в MIT

Инженеры из MIT разработали метод декодирования этих акустических эмиссий, даже в условиях сильного шума. Результаты закладывают основу для создания простых, пассивных, неразрушающих устройств, которые могут непрерывно контролировать состояние батарей в различных областях, включая электромобили и крупномасштабные сетевые хранилища.

Основные механизмы деградации батарей

Как отметил Мартин З. Базант, профессор химической инженерии и математики: "Нашей команде удалось декодировать акустические эмиссии." Они классифицировали эти звуки, происхождением которых являются газовые пузырьки, создаваемые побочными реакциями, или трещины, возникшие из-за расширения и сжатия активных материалов — двух основных механизмов, приводящих к деградации и сбоям.

Методология исследования

Исследовательская группа комбинировала электрохимическое тестирование работающих батарей с записями их акустических эмиссий. Они использовали современные методы обработки сигналов для корреляции характеристик звука с метрическими значениями напряжения и тока. Впоследствии они разобрали батареи, чтобы исследовать их под электронным микроскопом на наличие трещин.

Ранние предупреждающие сигналы безопасности

В сотрудничестве с Национальной лабораторией Оук-Ридж исследователи показали, что акустические эмиссии могут служить ранним предупредительным сигналом для генерации газа, что предшествует термическим инцидентам, которые могут привести к пожарам. Базант сравнил это с "первоначальными пузырьками в кастрюле с кипящей водой, задолго до того, как она закипит."