Новости химической науки > Ультразвуковой тест определит, заряжен ли аккумулятор

Исследователи из США продемонстрировали, что эхо ультразвука может указать на плотность заряда, что, в свою очередь, предлагает простой и неинвазивный способ определения степени заряженности каждого аккумулятора.

Аккумуляторы и батареи, как правило, изготавливают из слоев металла, однако толщина и состав этих слоев, как и другой начинки источников питания уникальны для разных их типов. Каждый источник питания по-своему ведет себя при зарядке и при разрядке, поэтому для определения плотности заряда внутри различных типов аккумуляторов приходится использовать различные способы. Свет на состояние источника питания может пролить такое недешевое оборудование, как синхротронный источник излучения, однако такое оборудование не является доступным.

В настоящее время исследования по созданию новых типов источников питания развиваются очень динамично, и для каждого из таких исследований необходим дешевый и универсальный способ для определения состояния батареи, позволяющий ученым корректировать направление своих изысканий. Развивая результаты своей более ранней работы, в рамках которой состояние источника питания оценивалось с помощью испытания на ударную вибрацию, Дэниел Штейнгарт (Daniel Steingart) с соавторами из Принстона разработал простой способ слежения за тем, что происходит внутри аккумулятора.

Исследователи облучали источники питания импульсами ультразвука и определили зависимость интенсивности отраженного ультразвука в процессах зарядки и разрядки от степени заряда батареи (это возможно, поскольку в процессах зарядки и разрядки внутри источников питания происходит массоперенос). Как отмечает сам Штейнгарт, приходит на ум сравнение батарейки с барабаном, который, в зависимости от степени его заряда звучит несколько громче в определенных местах, и измерение интенсивности «звучания этого барабана» позволит узнать, что происходит в источнике питания.

Исследователи провели эксперименты по «УЗИ-диагностике» нескольких щелочных и литиевых источников питания, включая коммерчески доступные (например, «Дюрасел»), а также литий-ионный аккумулятор, который предполагается использовать в электромобиле «Тесла» серии S. Было обнаружено, что отраженный ультразвук при зарядке и разрядке источников питания различаются, что позволяет определить ключевую информацию о физико-химических процессах, протекающих внутри различных аккумуляторов.

Источники питания содержат в своем строении различные типы корпусов, электродов и разделяющих слоев. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c5ee00111k)

По словам Штейнгарта, самым пожалуй выдающимся результатом работы его исследовательской группы является то обстоятельство, что предложенная методика может быть применена для анализа состояния всех без исключения источников питания. По присущей каждому аккумулятору системе внутренних слоев наряду с плотностью вещества между этими слоями, как по отпечаткам пальцев можно определить состояние батареи в любой момент времени. Он добавляет, что для создания такой дактилоскопической картотеки источников питания важным фактором является не только химия источника, но и ее размеры, а также особенности конструкции.

Брайан Шелдон (Brian Sheldon), эксперт по материаловедению из Университета Брауна (США) высоко оценивает новую методику. Он отмечает, что существует немало сложных вопросов, связанных с получением информации об изменении характеристик внутреннего заряда внутри элементов питания, новый подход вполне может дать неоценимую помощь в их решении. Он добавляет, что возможность коммерциализации предложенного Штейнгартом подхода увеличивается за счет того, что ультразвуковые устройства, позволяющие проводить быстрый анализ состояния других объектов, уже широко распространены, и возможно, для того, чтобы «делать УЗИ аккумуляторам» придется всего лишь модифицировать уже доступные приборы, использующие ультразвук, например ультразвуковые дефектоскопы.

Источник: Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c5ee00111k

метки статьи: #аккумуляторы, #физическая химия, #химическая технология, #электрохимия