Ερευνητική ομάδα παρουσιάζει μη καταστροφική δοκιμή μπαταρίας
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τη μη καταστροφική εξέταση της κατάστασης των μπαταριών. Το Κέντρο Έρευνας Βαρέων Ιόντων GSI Helmholtz στο Ντάρμστατ, μέσω του Ινστιτούτου Helmholtz στο Μάιντς, ήταν μεταξύ των εταίρων της μελέτης. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Chemical Science.
Εκτός από το Ινστιτούτο Helmholtz του Mainz, το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg Mainz, το Physikalisch-Technische Bundesanstalt στο Βερολίνο και το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης συμμετείχαν επίσης στην έρευνα.
Τα προβλήματα της μπαταρίας συχνά έγκεινται στον ηλεκτρολύτη
Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες – γνωστές και ως συσσωρευτές – είναι απαραίτητες σε πολλούς τομείς σήμερα, όπως τα smartphones, οι φορητοί υπολογιστές, τα ηλεκτρικά οχήματα και οι συσκευές αποθήκευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ωστόσο, συνηθισμένες αιτίες βλάβης της μπαταρίας είναι οι αλλαγές ή η απώλεια του ηλεκτρολύτη, του υγρού στο εσωτερικό της.
Ο ηλεκτρολύτης επιτρέπει τη μεταφορά φορτισμένων σωματιδίων μεταξύ των ηλεκτροδίων. Κατά τη διάρκεια πολλών κύκλων φόρτισης, η χημική του σύνθεση μπορεί να αλλάξει ή μπορεί να παρουσιάσει διαρροή. Σε δυσμενείς περιπτώσεις, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση ή ακόμα και σε εκρήξεις.
Νέα διάγνωση μέσω πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού
Μέχρι τώρα, έλειπαν αξιόπιστες μέθοδοι για τον έλεγχο της κατάστασης του ηλεκτρολύτη χωρίς το άνοιγμα του περιβλήματος της μπαταρίας. Εδώ ακριβώς έρχεται να βοηθήσει η νέα έρευνα.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια ειδική μορφή πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού που ονομάζεται ZULF-NMR (Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός Μηδενικού έως Υπερβολικά Χαμηλού Πεδίου). Αυτή η τεχνική μετρά τον μαγνητικό συντονισμό χωρίς ισχυρό εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Ακόμη και τα μεταλλικά περιβλήματα των μπαταριών είναι διαπερατά σε αυτήν την τεχνική, καθιστώντας δυνατές τις μετρήσεις στο εσωτερικό τους.
Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, η ερευνητική ομάδα πέτυχε για πρώτη φορά να ανιχνεύσει και να ποσοτικοποιήσει τόσο τους διαλύτες όσο και τα άλατα λιθίου σε ηλεκτρολύτες μπαταριών που διατίθενται στο εμπόριο απευθείας μέσω του περιβλήματος της μπαταρίας.
Προοπτικές για την ανάπτυξη μπαταριών
Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον για την παρακολούθηση των μπαταριών κατά τη λειτουργία. Τέτοιες λεγόμενες μετρήσεις operando θα βοηθούσαν στην έγκαιρη ανίχνευση ζημιών και στην αύξηση της διάρκειας ζωής των μπαταριών.
Επιπλέον, η μέθοδος θα μπορούσε να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τις ηλεκτροχημικές διεργασίες και να υποστηρίξει την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών μπαταριών.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει ήδη περαιτέρω πειράματα για να καταστήσει τις μεθόδους μέτρησης ταχύτερες, ακριβέστερες και οικονομικά αποδοτικότερες. Στόχος είναι η καθιέρωση της μη καταστροφικής διαγνωστικής μπαταριών ως συμπληρωματικού εργαλείου στην έρευνα και τη βιομηχανία στο μέλλον.
(ΝΤΑΡΜΣΤΑΝΤ – ΚΟΚΚΙΝΟ/PM/GSI)
Προτεινόμενη εικόνα: Μέθοδος μέτρησης ZULF-NMR Γραφική αναπαράσταση της μέτρησης ZULF-NMR ενός κελιού θύλακα (κέντρο) χρησιμοποιώντας κβαντικούς αισθητήρες όπως οπτικά αντλούμενα μαγνητόμετρα (OPM, πάνω) και υπεραγώγιμες συσκευές κβαντικής παρεμβολής (SQUID, κάτω), οι οποίες μπορούν να ανιχνεύσουν και να ποσοτικοποιήσουν τα μικρά μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από τα πυρηνικά σπιν των μορίων στον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας.
