Учёные из MIT разработали инновационный метод расшифровки слабых акустических сигналов от литий-ионных батарей, что открывает путь к прогнозированию сбоев и повышению безопасности в таких сферах применения, как электромобили и энергетические системы крупномасштабного хранения.
Группа исследователей под руководством Мартина Базанта из MIT опубликовала свои выводы 5 сентября в журнале Joule, продемонстрировав, что батареи издают отличительные звуковые сигналы по мере деградации, которые можно интерпретировать для выявления конкретных внутренних проблем до наступления катастрофического отказа.
Расшифровка звуков аккумулятора для обеспечения безопасности
Исследователи из MIT обнаружили, что литий-ионные аккумуляторы издают уникальные акустические сигналы в зависимости от того, каким образом они выходят из строя. Используя метод, который они назвали «акусто-вольтамметрия», команда сопоставила определённые звуки с внутренними процессами, такими как образование газовых пузырьков в результате побочных химических реакций и появление трещин в материале из-за расширения и сжатия электродов.
«Мы смогли классифицировать [акустические излучения] как возникающие либо из-за газовых пузырей, которые образуются при побочных реакциях, либо из-за трещин, вызванных расширением и сжатием активного материала», — объяснил Базант в MIT News.
Прорыв был достигнут благодаря объединению электрохимических испытаний с акустическим мониторингом во время реальных циклов зарядки и разрядки, а затем применению вейвлет-преобразований — метода обработки сигналов, который кодирует частоту и длительность каждого зафиксированного звука. По словам исследовательской команды, «никто раньше этого не делал», что делает этот подход значительным достижением в области мониторинга безопасности аккумуляторов.
От лаборатории к реальным приложениям
Практические последствия выходят далеко за рамки академических исследований. Массачусетский технологический институт (MIT) уже получил грант от компании Tata Motors на разработку системы мониторинга батарей для электромобилей на основе этих результатов. Технология также может оказаться ценной для крупномасштабных установок аккумуляторов, которые в последние годы сталкивались с громкими случаями отказов, включая пожары на объектах Tesla Megapack.
Традиционное мониторирование батарей основано на измерениях напряжения, тока и температуры, но эти методы часто выявляют проблемы слишком поздно. Акустический подход позволяет получать более ранние сигналы тревоги. «Эти выбросы происходят, слушаете вы их или нет, — отметил Базант, — поэтому, слушая, вы можете узнать нечто о внутренних процессах, которые иначе были бы невидимы».
Преимущества производства и контроля качества
Помимо мониторинга безопасности, технология обещает применение в производстве батарей. Исследователи предполагают, что акустический мониторинг может помочь производителям выявлять дефектные батареи во время дорогостоящего процесса "формирующих циклов", когда батареи проходят первоначальную зарядку и разрядку для их обкатки.
"Обнаруживая [сигнатуры образования газа], может быть проще изолировать хорошо сформированные элементы от плохо сформированных на очень раннем этапе, даже до начала полезного срока службы батареи", - объяснил Базант. Это могло бы значительно улучшить контроль качества при одновременном снижении производственных затрат.
Работа основывается на существующих исследованиях акустических эмиссий для структурного мониторинга, аналогично тому, как инженеры отслеживают мосты на предмет признаков разрушения. Однако применение этой технологии к батареям потребовало решения уникальных задач, включая устранение электромагнитных помех и разработку алгоритмов для различения значимых звуков от фонового шума.
Комментариев нет:
Отправить комментарий