Исследовательская группа представила неразрушающий метод тестирования батарей
Международная исследовательская группа разработала новый метод неразрушающего контроля состояния батарей. В число партнеров исследования входил Центр исследований тяжелых ионов им. Гельмгольца в Дармштадте, созданный Институтом им. Гельмгольца в Майнце. Результаты были опубликованы в журнале Chemical Science.
Помимо Института Гельмгольца в Майнце, в исследовании также принимали участие Университет Иоганна Гутенберга в Майнце, Физико-технический центр Германии в Берлине и Нью-Йоркский университет.
Проблемы с батареями часто кроются в электролите
Перезаряжаемые батареи, также известные как аккумуляторы, сегодня незаменимы во многих областях, таких как смартфоны, ноутбуки, электромобили и системы хранения возобновляемой энергии. Однако распространенными причинами выхода батарей из строя являются изменения или потеря электролита — жидкости внутри батареи.
Электролит обеспечивает перенос заряженных частиц между электродами. В течение многочисленных циклов зарядки его химический состав может изменяться, или он может протекать. В неблагоприятных случаях это может привести к перегреву или даже взрыву.
Новая диагностика с помощью ядерно-магнитного резонанса
До настоящего времени не существовало надежных методов проверки состояния электролита без вскрытия корпуса батареи. Именно здесь и пригодится новое исследование.
Ученые используют особую форму ядерного магнитного резонанса, называемую ZULF-NMR (ядерный магнитный резонанс от нулевого до сверхнизкого поля). Этот метод измеряет магнитный резонанс без сильного внешнего магнитного поля. Даже металлические корпуса батарей проницаемы для этого метода, что позволяет проводить измерения внутри них.
Используя этот метод, исследовательская группа впервые смогла обнаружить и количественно определить как растворители, так и соли лития в электролитах коммерческих батарей непосредственно через корпус батареи.
Перспективы развития аккумуляторных батарей
В будущем новая технология может быть использована для мониторинга батарей во время работы. Такие так называемые измерения operando помогут выявлять повреждения на ранней стадии и увеличивать срок службы батарей.
Кроме того, этот метод может дать важные сведения об электрохимических процессах и способствовать разработке новых аккумуляторных технологий.
Исследовательская группа уже планирует дальнейшие эксперименты для повышения скорости, точности и экономической эффективности методов измерения. Цель состоит в том, чтобы в будущем внедрить неразрушающую диагностику батарей в качестве дополнительного инструмента в научных исследованиях и промышленности.
(ДАРМШТАДТ – RED/PM/GSI)
Изображение на обложке: Метод измерения ZULF-NMR. Графическое представление измерения ZULF-NMR в ячейке типа «пакет» (в центре) с использованием квантовых датчиков, таких как оптически накачиваемые магнитометры (OPM, сверху) и сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства (SQUID, снизу), которые могут обнаруживать и количественно определять малые магнитные поля, генерируемые ядерными спинами молекул в электролите батареи.
