Új kutatási eredmények teszik lehetővé az akkumulátorok által kibocsátott hangok megfigyelését, ezzel hatékonyabbá válhatnak a gyártási folyamatok, nagyobb pontossággal előrejelezhető a hátralévő élettartam, illetve időben kimutathatóak a potenciális biztonsági problémák.
Mielőtt az akkumulátorok lemerülnek, hirtelen meghibásodnak vagy kigyulladnak, elhaló hangokat bocsátanak ki, ezzel jelezve a szerkezetükben zajló lebomlási folyamatokat. Eddig senki sem tudta értelmezni, mit jelentenek ezek a hangok, és hogyan lehet megkülönböztetni a szokásos háttérzajt a lehetséges problémákra utaló jelektől.
Az MIT Vegyészmérnöki Tanszékének kutatói megvizsgálták a lítium-ion akkumulátorokból származó hangokat, és sikerült összefüggésbe hozniuk bizonyos hangmintákat a cellák belsejében zajló bomlási folyamatokkal. Az új eredmények alapját képezhetik olyan viszonylag egyszerű, teljesen passzív és roncsolásmentes eszközöknek, amelyek folyamatosan figyelemmel kísérhetik az akkumulátorrendszerek állapotát, például elektromos járművekben vagy hálózati méretű tároló létesítményekben, így lehetőséget nyújtanak a hasznos élettartam és a meghibásodások előrejelzésére – még mielőtt azok a hibák bekövetkeznének. Az eredményeket szeptember 5-én tették közzé a Joule folyóiratban.
A tanulmányból kiderül, hogy az akusztikus emissziókat olyan gázbuborékokból származó jelekként osztályozták, amelyek mellékreakciók vagy az aktív anyag tágulása és összehúzódása által okozott repedések következtében keletkeznek, és még a zajos adatok között is értelmezhetőek.
A gázképződés és a repedések az akkumulátorok roncsolódásának és meghibásodásának két fő mechanizmusa, ezért ezeknek a folyamatoknak a felismerése és megkülönböztetése, pusztán az akkumulátorok által kibocsátott hangok megfigyelésével, szignifikáns eszköz lehet az akkumulátorrendszerek kezelői számára. Hiszen a feszültség, az áram, valamint a hangjellemzők egyidejű figyelemmel kísérésével már tudható, hogy a hangkibocsátás egy bizonyos feszültségnél történik, és ez segít azonosítani, hogy mi okozza ezt.
A felfedezés azért is jelentős, mert lehetővé teszi a belső akkumulátor mechanizmusok vizsgálatát még töltés és kisütés közben, roncsolásmentesen, ráadásul költséghatékonyan. A szerzők szerint erre jelenleg csupán néhány módszer létezik a világon, de a legtöbb nagyon drága és nem igazán alkalmas a normál formátumú akkumulátorok vizsgálatára.
Az akusztikus emissziókat széles körben használják a mérnöki munkában, például hidak és más szerkezetek megfigyelésére, hogy felismerjék a kezdődő meghibásodások jeleit. A hangok révén megismerhetünk olyan belső folyamatokat, amelyek egyébként láthatatlanok lennének.
A hangkibocsátás korai figyelmeztetést adhat a túlmelegedésről, amely ha nem veszik észre, tűzhöz vezethet. A tanulmány szerint ezek a hangok felhasználhatók a gázképződés észlelésére, még az égést megelőzően, „mintha az első apró buborékokat látnánk egy fazék forró vízben, jóval azelőtt, hogy felforrna” – fogalmaz a tanulmány egyik szerzője.
A következő lépés egy praktikus, olcsó monitoring rendszer kifejlesztése. A csapat erre már támogatást is kapott a Tata Motors-tól.
A rendszer az akkumulátorgyártás minőség-ellenőrzésében is hasznos lehet. Az akkumulátorgyártás legdrágább és leginkább sebességkorlátozó folyamata gyakran a formázási ciklus. Ez az a folyamat, amelynek során az akkumulátorokat töltéssel és lemerítéssel ciklikusan használják, hogy bejárassák őket, és ennek a folyamatnak egy része olyan kémiai reakciókat is magában foglal, amelyek során gázok szabadulnak fel. Az új rendszer lehetővé tenné ezeknek a gázképződési jeleknek az észlelését, és ezek érzékelésével könnyebb lehet a jól kialakult cellákat a rosszul kialakultaktól nagyon korán, még az akkumulátor élettartamának vége előtt, gyártásuk során elkülöníteni.
