Новое исследование инженеров из Национальной лаборатории Оук-Ридж показало, что ультразвуковые датчики размером с ноготь большого пальца могут сканировать литий-ионные батареи, чтобы проверить их заряд, состояние и безопасность.

Полученные данные свидетельствуют о том, что с помощью ультразвука электромобили смогут лучше оценивать остаток заряда в аккумуляторе, обнаруживать поломки, анализировать, какие из используемых батарей достаточно исправны, чтобы их можно было перепродать для сокращения количества отходов, говорит ведущий автор исследования Хонбин Сун.

Фото: IEEE Spectrum

Как сообщает IEEE Spectrum, в предыдущих работах по ультразвуковому сканированию литий-ионных аккумуляторов обычно экспериментировали только с одной частотой ультразвука. В новом исследовании инженеры изучили несколько ультразвуковых частот, чтобы увидеть, какие преимущества и недостатки могут быть у каждой из них при оценке заряда батареи. В экспериментах учёные использовали стандартные ультразвуковые датчики шириной около 1,25 сантиметра для контроля за ячейками литий-ионных аккумуляторов ёмкостью 2,4 ампер-часа. Они протестировали относительно низкочастотные ультразвуковые волны 750 кГц, 1 мегагерц и 1,5 МГц, поскольку материалы батареи в значительной степени поглощают более высокие частоты. 

Исследователи обнаружили, что волновые скорости всех трёх частот связаны с состоянием заряда. То, как волны ослабевали, также помогло выявить, как материалы в батарее менялись с точки зрения фазы во время зарядки и разрядки.

Хонбин Сун отмечает, что сейчас этот метод имеет погрешность около 5 %, что примерно в два раза лучше, чем у существующих методов.

«Улучшая калибровку датчика и учитывая температурные эффекты во время измерений, мы ожидаем, что ошибка может быть уменьшена примерно до 2 процентов. Ультразвуковое сканирование может также обеспечить раннее предупреждение о возгорании батареи, поскольку ультразвук очень чувствителен к изменениям температуры и материалам внутри батареи», — объяснил автор исследования.