Поскольку во всем мире растет число пожаров, связанных с аккумуляторами, новый метод, разработанный  исследователями из Университета Дрекселя — частного некоммерческого высшего учебного заведения в Филадельфии (штат Пенсильвания, США), предлагает производителям обнаруживать дефекты до того, как они станут опасными.

Используя ультразвук, команда исследователей разработала настольный диагностический инструмент, который предлагает более быструю и недорогую альтернативу рентгеновскому сканированию для выявления внутренних проблем в литий-ионных батареях. Этот метод обещает более быструю идентификацию конструктивных дефектов, которые могут привести аккумуляторы к перегреву или выходу из строя, что представляет серьезную угрозу безопасности аккумуляторов, используемых во всем, от электромобилей до смартфонов. Ультразвуковая визуализация выявляет газовые карманы, дефекты конструкции и сухие зоны внутри аккумуляторов, которые в противном случае могут привести к выходу из строя и привести к возгоранию.

Как сообщается, команда Университета Дрекселя использовала сканирующую акустическую микроскопию для передачи низкоэнергетических звуковых волн через коммерческие аккумуляторы pouch cell. Когда волны проходили через различные материалы, их скорость изменялась. Это изменение выявило внутренние структурные и механические особенности, не нарушая работу аккумулятора.

“Наблюдая за тем, как изменяется звуковая волна при взаимодействии с образцом, мы можем определить ряд структурных и механических особенностей”, - пишут исследователи.

Такой подход позволяет обнаружить скопление газа, сухие участки, внутренние трещины и смещенные компоненты. Газ особенно важен для идентификации, поскольку он сигнализирует о сухих участках, где элементы могут закорачиваться во время использования.

В настоящее время производители аккумуляторов полагаются на визуальный контроль, ограниченное тестирование образцов элементов и рентгеновские снимки для проверки качества. Но рентгенография — это медленный, дорогостоящий процесс, и ее возможности ограничены.

“Несмотря на то, что подавляющее большинство литий-ионных аккумуляторов сегодня отличаются высокой производительностью и безопасностью, дефекты неизбежно возникают, когда в электромобилях используются тысячи элементов питания, а ежегодно производятся миллионы электромобилей”, — сказал доктор Уэс Чанг, ведущий исследователь Университета Дрекселя.

Растущий спрос на бытовую электронику и электротранспорт привел к резкому росту производства аккумуляторных батарей. По данным издания Consumer Affairs, в настоящее время люди ежедневно используют от трех до четырех устройств на батарейках, что в два раза больше, чем пять лет назад. Такой быстрый рост оставляет место для выхода на рынок в том числе и низкокачественных элементов питания.

В указанных условиях, по мнению исследователей Университета Дрекселя, ультразвук — это не только производственное решение, но и помощь исследовательским лабораториям в разработке новых химикатов для аккумуляторов. Команда из Университета Дрекселя сотрудничала с компанией SES AI, занимающейся разработкой литий-металлических аккумуляторов, для тестирования этого инструмента в реальных условиях исследований и разработок.

“Чувствительность ультразвука делает его полезным не только для обнаружения дефектов при изготовлении, но и для определения того, почему новые аккумуляторы выходят из строя”, — отметили они в ходе указанных работ.

Наряду с физическим инструментом, группа разработала программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое управляет прибором и выполняет быстрый анализ данных.

“Мы надеемся, что ультразвуковой контроль может стать рутинной частью исследований и разработок аккумуляторных батарей”, — уверены исследователи.

Команда планирует и дальше совершенствовать предлагаемую ими систему, чтобы обеспечить трехмерную визуализацию как электродов, так и целых ячеек, что еще больше упростит выявление внутренних дефектов.

Исследование опубликовано в журнале Electrochimica Acta.