超声技术,对电池进行无损“体检”
科技日报记者 吴纯新 通讯员 高翔。体检 目前,超声技术新能源汽车、对电新能源和信息技术正在蓬勃发展,池进以锂离子电池为代表的行无二次电池起着核心作用。 近日,体检记者从华中科技大学(以下简称华中科技大学)获悉,超声技术黄云辉和沈悦教授团队独立开发了锂离子电池超声扫描成像设备,对电并在第十五届深圳国际电池技术交流展上正式发布了最新产品。池进本产品由华科大团队自主开发,行无从基本原理到软硬件集成,体检广泛应用于动力和储能电池行业和学术界。超声技术 直观快速地监控电池状态。对电 电池作为一个极其复杂的池进封闭系统,如何实时、行无无损、原位地获取其内部信息是电池产业发展的痛点。 “在电池使用过程中,电化学性能逐渐下降,电极材料结构和电解质分布不断演变,产气、锂分析等现象伴有副作用,影响电池寿命和安全。黄云辉表示,迫切需要识别、检测和实时判断电池的内部状态,特别是健康状态。 此前,学术界和工业界通常通过拆卸方法破坏性地获取电池内部信息。由于电池内各种成分对空气高度敏感,拆卸过程中状态信息发生变化,该方法无法准确分析电池故障机制。 其他无损表征方法,如X射线、中子衍射等,其灵敏度、快速性和便捷性难以满足实时快速检测的需要。 为了满足电池实时检测和健康监测的日益强烈需求,电池行业迫切需要从电池的本质出发,通过准确获取电池内部信息,使电池研发、生产、应用、回收等整个生命周期,实现电池综合性能的优化和改进。 为了解决电池安全问题,华科大黄云辉团队自2015年以来创新提出使用超声波技术进行电池健康监测,并于2016年申请并授权核心发明专利“监测锂离子电池充电状态和健康状态的方法及其设备”。2017年,该团队在华科大无锡研究院开发了电池超声成像设备。 经过多年的不断研发,技术和设备不断成熟,实现了规模应用。2020年,该团队开发的超声成像设备在学术期刊《焦耳》上发表了电池健康状态监测分析的研究成果,获取了电解质浸润状态、微量产气等信息,可用于电池故障机制的准确分析。 据报道,该团队已经开发了一系列电池超声检测产品,使发射端探头发射聚焦声束穿透电池,然后使用接收端探头接收。通过对接收信号的处理分析,团队对电池内部状态进行了评估,成像精度可达亚毫米级。 “电池超声检测成像技术与医院B超相似。我们正在对电池进行‘体检’。通过成像,我们可以直观、快速地监测电池的健康状况,发现电池的内部缺陷,确保电池的安全。黄云辉说。 从独特的角度了解电池故障过程。 黄云辉介绍了团队研发技术获得的超声波检测结果,从独特的角度揭示了电池内部状态的演变规律。 超声波对气-液、气-固界面的识别非常有效。如果电池内有气泡,超声波会大大衰减。各种电池故障问题,如电池加热和正极材料劣化,都会伴随着气体产物的产生。该技术可以通过识别气体产物来了解电池故障过程。 此外,电池材料的变化也会影响超声波的传播行为,该技术可以通过不同区域的超声波传播行为来判断电池材料的结构演变。 随着电池超声技术的不断研发和积累,黄云辉团队找到了解决电池瓶颈问题的新视角。 该团队首次提出并使用超声波技术观察电池的“退浸润”现象。在设计阶段,电池的电解质消耗是基于电池材料的孔隙率。在循环过程中,由于膨胀等问题,原材料的孔隙变大,电解质的设计消耗不足以填充孔隙,电解质不能充分渗透电极材料。这种“退浸”现象会导致电池性能衰减,甚至引起更严重的故障反应。 “在过去,很难知道电池的真实渗透状态,该技术可以观察到渗透状态的演变,这对研究电池故障机制具有重要意义,对电池制造商也非常有效。特斯拉电池项目首席科学家、加拿大达尔豪斯大学教授杰夫·达恩说。 同时,电池超声检测技术也可用于电池循环过程中电解质干燥、材料劣化等电池故障机制的研究。 目前,该技术成果的转化产品已应用于比亚迪、特斯拉等50多家电池、新能源汽车企业和部分高校。该技术正逐渐成为检测电池内部健康状况的通用设备,是确保电力和储能电池安全的关键技术,护送新能源汽车和储能行业的发展。
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