Аккумуляторные элементы могут контролировать собственное химическое и тепловое состояние

Технология батарей иногда может быть нестабильной и летучей - две характеристики, которые ухудшают ее безопасность и надежность.

Активный мониторинг химического и температурного состояния элементов батареи с течением времени может помочь обнаружить изменения, которые могут привести к инцидентам или сбоям в работе, давая пользователям возможность вмешаться до возникновения проблемы.

Мониторинг состояния элементов батареи

Исследователи из Collège de France и Гонконгского политехнического университета недавно разработали Na(Li)-ионную батарею, которая может отслеживать свое собственное химическое и тепловое состояние с помощью серии оптических датчиков, встроенных в элементы батареи. Эта уникальная самоконтролируемая батарея, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, может обеспечить большую безопасность и более устойчивую эффективность по сравнению с традиционными технологиями батарей.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Идея нашего недавнего исследования пришла ко мне около трех-четырех лет назад, когда я написал перспективный материал в журнале Nature Materials под названием "Устойчивость и мониторинг на месте при разработке аккумуляторов", - рассказал Жан-Мари Тараскон (Jean-Marie Tarascon), один из ученых, проводивших это исследование. "Рассматривая предыдущие исследования, я понял, что соотношение между производительностью и стоимостью литий-ионных батарей так сильно улучшилось за последние несколько лет (т.е. недавно разработанная технология литий-ионных батарей действительно хорошо работает и доступна по цене). Поскольку это соотношение уже более чем удовлетворительное, я решил сосредоточить свои будущие исследования на попытках повысить надежность и безопасность батарей, а не на разработке альтернативных водных или неводных химических веществ для батарей".

Проводя некоторые из своих предыдущих исследований, Тараскон начал рассматривать возможность разработки "умной" аккумуляторной батареи с сенсорными и самоисцеляющимися способностями. Его гипотеза состояла в том, что отклонение от классических конструкций батарей и введение чувствительного компонента в батарею может в конечном итоге увеличить ее срок службы или обеспечить второй "срок службы", сократив общий углеродный след технологии.

Для создания этой батареи команда Тараскона и его коллег интегрировала оптоволоконные решетчатые датчики Брэгга в коммерческие 18650 Na(Li)-ионные элементы. Эти датчики действуют как зеркало с селективным выбором длины волны, так как собираемая ими информация, по сути, представляет собой пик длины отраженной волны. Положение этого пика меняется в реальном времени из-за перепадов температуры и/или давления в окружении датчика.

Уникальная конструкция батареи, представленная исследователями, позволяет отслеживать в реальном времени химические и тепловые события, происходящие внутри батареи. Тараскон и его коллеги также одними из первых успешно измеряют тепло, выделяемое внутри элемента, без использования микрокалориметрии, а с помощью серии датчиков.

"То, что действительно новое здесь - это наш новый подход к развязыванию сигналов температуры и давления путем объединения микроструктурированного оптического волокна и нормального оптического волокна", - сказал Тараскон. "Ключевые преимущества нашего подхода заключаются в его возможности производить декодирование химических и тепловых эффектов батареи с высокой надежностью и точностью".

Тараскон и его коллеги продемонстрировали возможность измерения тепловыделения и передачи тепла, происходящего внутри батареи, с чрезвычайно высокой точностью. Это два критических параметра для разработки эффективных и надежных систем охлаждения/обогрева. Поэтому их работа могла бы проложить путь к разработке более совершенных систем управления аккумуляторными батареями (BMS), которые бы лучше защищали аккумуляторы от перегрева.

Конструкция также позволяет извлекать жизненно важную химическую информацию изнутри элемента. Эта информация может улучшить текущее понимание паразитарных реакций, которые влияют на функционирование технологий батареи, таких как образование и состав интерфазы твердых электролитов (SEI).

"Эти интерфейсы в конечном итоге формируют жизнь элемента", - сказал Тараскон. "Протоколы для их формирования тщательно охраняются производителями. Таким образом, наш способ просто контролировать формирование этих межфаз FBG, помимо того, что он совершенно новый, является критически важным активом для аккумуляторной промышленности, потому что формирование SEI является решающим и дорогостоящим шагом перед выпуском элементов на рынок".

Исследование открывает захватывающие и беспрецедентные возможности в области разработки аккумуляторных батарей, как на академическом, так и на промышленном уровне. В будущем их дизайн может послужить примером для других команд по всему миру, что приведет к разработке более безопасных и надежных батарей.

"В настоящее время мы внедряем использование FBG для исследования других химических веществ батарей с целью дешифровки/определения паразитарных реакций, способствующих образованию SEI при различных температурах и состоянии зарядов", - сказал Тараскон. "С точки зрения применения, мы также работаем над адаптацией датчиков FBG к целевой среде батареи с точки зрения производственных ограничений, вместе с определением надлежащих передаточных функций и инструментов моделирования для разумного использования считываемой информации о зондировании на ячейке, с тем, чтобы разработать сложную BMS". опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet