Kemikere udvikler MRI-lignende teknik til at opdage, hvad der fejler batterier

Et team af kemikere har udviklet en MRI-baseret teknik, der hurtigt kan diagnosticere, hvad der er galt med visse typer batterier - fra at bestemme, hvor meget ladning der er tilbage til at opdage interne defekter - uden at åbne dem.

"Brugen af ​​alternativ energi og elektrisk drevne køretøjer vil yderligere øge efterspørgslen efter bedre og sikrere batterier, " bemærker Alexej Jerschow, en professor ved New York University's Department of Chemistry, der ledede forskerholdet. "Imidlertid, der er i øjeblikket kun et meget begrænset sæt værktøjer til rådighed til at diagnosticere et batteris helbred uden at ødelægge batteriet – vores ikke-invasive teknik tilbyder en hurtigere og mere ekspansiv metode til at foretage disse vurderinger."

Arbejdet, beskrevet i journalen Naturkommunikation , inkluderede også Andrew Ilott, en NYU post-doc stipendiat på tidspunktet for undersøgelsen og nu forskningsforsker ved Brisol-Myers Squibb; Mohaddese Mohammadi, en NYU ph.d.-kandidat; og Christopher Schauerman og Matthew Ganter, forskere ved Rochester Institute of Technology.

"Sikring af cellekvalitet og sikkerhed er altafgørende for fremstillingsprocessen, der kan spare virksomheder betydelige omkostninger og forhindre katastrofale cellesvigt i at opstå, " siger Ganter, meddirektør for RIT Battery Prototyping Center.

"Dette arbejde understøtter ikke kun batteriindustrien som helhed, men også det voksende energilagringsøkosystem i New York, " tilføjer Christopher Schauerman, meddirektør for RIT Battery Prototyping Center.

Forskningen fokuserer på genopladelige lithium-ion (Li-ion) batterier, som bruges i mobiltelefoner, bærbare computere, og anden elektronik.

Især genopladelige batterier er kernen i nye teknologier, herunder elbiler eller lager til vedvarende energikilder.

Imidlertid, nylige fejlfunktioner i håndholdte enheder og elektriske køretøjer har fremhævet vanskelighederne ved at designe batterier til disse banebrydende teknologier. Ud over, Ingeniører kan ofte ikke bestemme arten af ​​defekter eller endda forestående batterifejl uden at skille enheden ad, hvilket typisk resulterer i dens ødelæggelse.

Generelt, magnetisk resonans (MR) metoder giver mulighed for at måle små ændringer i magnetfeltkort og, som resultat, skabe et billede af, hvad der ligger inde i en struktur – f.eks. MR (magnetisk resonansbilleddannelse) kan producere billeder af den menneskelige krops organer på en ikke-invasiv måde.

I deres Naturkommunikation arbejde, forskerne vedtog en procedure svarende til MR. Her, de målte små magnetiske feltændringer omkring batteriets elektrokemiske celler.

I deres eksperimenter, de undersøgte Li-ion-batterier i forskellige tilstande - forskellige opladningsniveauer (dvs. batterilevetid) og betingelser (dvs. nogle beskadigede og andre ikke). Sådanne celler blev fremstillet af samarbejdspartnere ved RIT's Battery Prototyping Center. Med disse celler, NYU-holdet var i stand til at matche magnetfeltændringer omkring batterierne til forskellige interne forhold, afsløre ladetilstand og visse defekter. Disse omfattede bøjede og manglende elektroder samt små fremmedlegemer i cellen, som er fejl, der kan opstå under den normale fremstillingsproces.

"Med fremtidige forbedringer af denne metode, det kunne være et effektivt middel til at forudsige batterifejl og batterilevetider samt lette udviklingen af ​​næste generations højtydende, høj kapacitet, og langtidsholdbare eller hurtigt opladede batterier, " tilføjer Jerschow.