Nowatorskie badania zespołu z Massachusetts Institute of Technology (MIT) rzucają nowe światło na procesy zachodzące wewnątrz baterii litowo-jonowych. Dzięki analizie subtelnych dźwięków, które powstają podczas ładowania i rozładowywania akumulatorów, naukowcy zidentyfikowali sygnatury akustyczne odpowiadające konkretnym mechanizmom degradacji ogniw. To przełomowe odkrycie może zrewolucjonizować monitorowanie stanu magazynów energii – zarówno w elektromobilności, jak i dużych instalacjach sieciowych.
Jak dźwięki zdradzają kondycję baterii?
Każda bateria w trakcie eksploatacji emituje ciche dźwięki, będące efektem procesów chemicznych i mechanicznych zachodzących w jej wnętrzu. Dotychczas nie było jednak jasne, jak odróżnić niegroźny szum tła od sygnałów świadczących o poważnych problemach, takich jak powstawanie gazów czy mikropęknięcia materiałów aktywnych.
W ramach tego badania, dzięki skrupulatnej pracy naukowej, nasz zespół zdołał rozszyfrować emisje akustyczne. Byliśmy w stanie sklasyfikować je jako pochodzące z pęcherzyków gazu generowanych przez reakcje uboczne lub z pęknięć wynikających z rozszerzania i kurczenia się materiału aktywnego, a także znaleźć sygnatury tych sygnałów choćby w zaszumionych danych.
– prof. Martin Z. Bazant, MIT
Nowe narzędzia dla elektromobilności i przemysłu
Zespół badawczy połączył testy elektrochemiczne z rejestracją emisji dźwiękowych w rzeczywistych warunkach pracy baterii. Zastosowanie zaawansowanej analizy sygnałów – w tym transformacji falkowej – pozwoliło na precyzyjne powiązanie określonych wzorców dźwiękowych z procesami generowania gazu i powstawania pęknięć.
W odróżnieniu od wcześniejszych metod, które ograniczały się do rejestracji przekroczenia poziomu hałasu, nowa technika integruje pomiary napięcia, prądu i charakterystyki akustycznej. To umożliwia identyfikację momentu pojawienia się niepokojących zjawisk, zanim dojdzie do widocznych awarii.
Sądzę, iż sednem tej pracy jest poszukiwanie sposobu na badanie wewnętrznych mechanizmów baterii podczas normalnej pracy – i to metodą niedestrukcyjną.
– Yash Samantaray, MIT
Praktyczne zastosowania i perspektywy
Odkrycie MIT otwiera drogę do powstania niedrogich i pasywnych systemów monitorowania, które mogą być implementowane w pojazdach elektrycznych lub stacjonarnych magazynach energii. Pozwoli to na przewidywanie trwałości akumulatorów i wczesne wykrywanie zagrożeń, takich jak niekontrolowane reakcje termiczne prowadzące do pożarów.
Technologia może również znaleźć zastosowanie w laboratoriach opracowujących nowe materiały do baterii oraz w kontroli jakości podczas produkcji ogniw. Szybka identyfikacja defektów już na etapie formowania pozwoli na selekcję ogniw o najlepszych parametrach, jeszcze przed ich wykorzystaniem komercyjnym.
Współpraca i wsparcie badawcze
Projekt realizowany był przy wsparciu m.in. Toyota Research Institute, Center for Battery Sustainability, National Science Foundation oraz Departamentu Obrony USA. Współpracę podjęła również indyjska firma Tata Motors, która zamierza wdrożyć system monitorowania baterii w swoich pojazdach elektrycznych.
Źródło: MIT News
