Всплески возгораний аккумуляторов заставили задуматься: как обнаружить скрытые дефекты, которые приводят к перегреву и пожарам? Ученые из Университета Дрекселя предложили решение — метод ультразвуковой диагностики, который позволяет заглянуть внутрь батареи и выявить потенциальные угрозы до того, как они станут катастрофой.

В статье, опубликованной в издании Electrochimica Acta, исследователи описали, как с помощью ультразвука можно отслеживать электрохимические и механические процессы в аккумуляторе. Этот способ моментально выявляет повреждения, способные спровоцировать перегрев и даже  «тепловой разгон» — цепную реакцию, при которой батарея быстро выходит из-под контроля.

Весли Чанг, руководитель лаборатории Battery Dynamics Lab, объясняет:

Литий-ионные батареи изучают почти 50 лет, но только сейчас появились инструменты, позволяющие заглянуть внутрь с высокой точностью. Ультразвук — один из них. Он давно применяется в геофизике и медицине, но в диагностике аккумуляторов его начали использовать лишь 10 лет назад. Наша задача — объяснить инженерам, как это работает и почему полезно.

Команда создала недорогую ультразвуковую установку, которую легко внедрить на производстве, включая заводы по выпуску электромобилей.

Почему это важно

• Каждый день мы используем 3-4 устройства с аккумуляторами: телефоны, ноутбуки, электротранспорт. За последние 5 лет их число удвоилось.
• Спрос растет, и производители стремятся выпускать батареи быстрее и дешевле, что увеличивает риск брака.

Сейчас качество проверяют визуально или с помощью рентгена, но это долго и дорого. Ультразвук дешевле, быстрее и дает больше информации о механических свойствах батареи.

Как это работает

Ученые пропускают звуковые волны через аккумулятор. В зависимости от материала внутри, волны меняют скорость, позволяя увидеть:

• структурные дефекты, ведущие к замыканию;
• недостатки материалов, снижающие эффективность;
• скопления газа — признак «сухих зон», где батарея может выйти из строя.

Метод уже тестировали в компании SES AI, разрабатывающей литий-металлические батареи. Инженеры получили данные в реальном времени и смогли оперативно вносить изменения.

Чтобы упростить внедрение технологии, команда выпустила открытое ПО для анализа данных.

Что дальше

Планируется улучшить метод:

• сканировать не только батареи, но и электроды;
• создавать 3D-изображения вместо 2D.

Метод ультразвуковой диагностики снизит количество брака на производстве и ускорит разработку новых типов аккумуляторов. Особенно ценно, что технология дешевле рентгена и может использоваться в реальном времени, что критично для автопрома.

Главный минус — ограниченная детализация по сравнению с рентгеном. Пока метод не дает таких же четких изображений, а значит, мелкие дефекты могут остаться незамеченными.

Ранее ученые разработали безопасные и стабильные батареи на основе цинка.