Τεχνική προσομοίωσης MRI προσδιορίζει την κατάσταση υγείας των μπαταριών

Τεχνική προσομοίωσης MRI προσδιορίζει την κατάσταση υγείας των μπαταριών
Credit image: Andrew Ilott και Alexej Jerschow.

Τεχνική προσομοίωσης MRI προσδιορίζει την κατάσταση υγείας των μπαταριών.

Μια μία ομάδα χημικών έχει αναπτύξει μια τεχνική βασισμένη στο MRI, η οποία μπορεί να διαγνώσει γρήγορα το υπόλοιπο διάρκειας ζωής των μπαταριών – και μάλιστα να ανίχνευση τυχόν εσωτερικά ελαττώματα- χωρίς να ανοιχτούν οι μπαταρίες.

«Η χρήση εναλλακτικής ενέργειας για οχήματα που λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα θα αυξήσει περαιτέρω τη ζήτηση για καλύτερες και ασφαλέστερες μπαταρίες», παρατηρεί ο Alexej Jerschow, καθηγητής στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. «Ωστόσο, υπάρχει σήμερα ένα πολύ περιορισμένο σύνολο εργαλείων που διατίθενται για τη διάγνωση της υγείας μιας μπαταρίας, χωρίς να καταστραφεί- και μάλιστα δίχως να χρειάζεται επεμβατική τεχνική, και κατά συνέπεια μας προσφέρει μια ταχύτερη και πιο επεκτατική μέθοδο για την πραγματοποίηση αυτών των εκτιμήσεων».

Η παρούσα μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications , και συμμετείχαν επίσης εκτός από το προαναφερόμενο και ο Andrew Ilott από το NYU, ο Mohaddese Mohammadi, υποψήφιος διδάκτορας του NYU. ο Christopher Schauerman και ο Matthew Ganter, ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Rochester.

«Η διασφάλιση της ποιότητας και της ασφάλειας των κυττάρων είναι πρωταρχικής σημασίας για τη διαδικασία κατασκευής των μπαταριών η οποία μπορεί να εξοικονομήσει σημαντικό κόστος για τις επιχειρήσεις και να αποτρέψει την εμφάνιση καταστροφικών κυτταρικών αποτυχιών», λέει ο Ganter, συν-διευθυντής του Κέντρου Δημιουργίας Πρωτότυπων Μπαταριών στο RIT (αγγλικά: RIT Battery Prototyping Centre).

«Αυτό το έργο όχι μόνο υποστηρίζει τη βιομηχανία μπαταριών στο σύνολό της, αλλά και το αυξανόμενο οικοσύστημα αποθήκευσης ενέργειας στη Νέα Υόρκη», προσθέτει ο Christopher Schauerman, συν-διευθυντής στο RIT Battery Prototyping Centre.

Η έρευνα επικεντρώνεται σε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion), οι οποίες χρησιμοποιούνται σε κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές και άλλα ηλεκτρονικά.

Συγκεκριμένα, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες βρίσκονται στην καρδιά των νέων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών αυτοκινήτων ή της αποθήκευσης για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Ωστόσο, πρόσφατες δυσλειτουργίες σε συσκευές χειρός και ηλεκτρικά οχήματα έχουν επισημάνει τις δυσκολίες σχεδίασης των μπαταριών για αυτές τις τεχνολογίες αιχμής. Επιπλέον, οι μηχανικοί συχνά δεν μπορούν να καθορίσουν τη φύση των ελαττωμάτων ή ακόμα και τις επικείμενες αποτυχίες της μπαταρίας χωρίς να τις ανοίξουν, κάτι που συνήθως έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή τους.

Γενικά, οι μέθοδοι μαγνητικού συντονισμού (MR ή magnetic resonance) παρέχουν τη δυνατότητα μέτρησης μικροσκοπικών αλλαγών στους χάρτες του μαγνητικού πεδίου και, ως εκ τούτου, δημιουργούν μια εικόνα για το τι βρίσκεται μέσα σε μια δομή – για παράδειγμα, η μαγνητική τομογραφία (MRI ή magnetic resonance imaging) ) μπορεί να παράγει εικόνες των ανθρώπινων οργάνων ενός σώματος με μη επεμβατικό τρόπο.

Στη δουλειά τους στο Nature Communications , οι επιστήμονες υιοθέτησαν μια διαδικασία παρόμοια με την MRI. Εδώ, μέτρησαν μικροσκοπικές αλλαγές μαγνητικού πεδίου γύρω από τα ηλεκτροχημικά κύτταρα της μπαταρίας.

Στα πειράματά τους, εξέτασαν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε διαφορετικές καταστάσεις – διάφορα επίπεδα φόρτισης (δηλαδή διάρκεια ζωής της μπαταρίας) και συνθήκες (π.χ. μερικές ζημιές και άλλες όχι). Αυτά τα κύτταρα παρασκευάστηκαν από συνεργάτες στο κέντρο παραγωγής πρωτότυπων μπαταριών του RIT. Με αυτά τα στοιχεία, η ομάδα του NYU μπόρεσε να προσαρμόσει τις αλλαγές του μαγνητικού πεδίου γύρω από τις μπαταρίες σε διαφορετικές εσωτερικές συνθήκες, αποκαλύπτοντας την κατάσταση φόρτισης και ορισμένα ελαττώματα. Αυτά περιελάμβαναν κεκαμμένα και ελλείποντα ηλεκτρόδια καθώς και μικρά ξένα αντικείμενα εντός των μπαταριών, τα οποία είναι ελαττώματα που μπορεί να εμφανιστούν κατά τη διάρκεια της κανονικής διαδικασίας παραγωγής.

«Με τις μελλοντικές βελτιώσεις αυτής της μεθόδου, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα ισχυρό μέσο για την πρόβλεψη των βλαβών της μπαταρίας και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας καθώς και για τη διευκόλυνση της ανάπτυξης μπαταριών υψηλής απόδοσης, υψηλής χωρητικότητας και μεγάλης διάρκειας ή υψηλής φόρτισης επόμενης γενιάς» υπογράμμισε ο Jerschow.

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας