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超聲波“透視眼” 電池的新無損“體檢”手段

2023-06-25 17:38:26來源：儀器網(wǎng)關鍵詞：電池閱讀量：5548

　　【儀器網(wǎng) 科技成果】鋰離子電池因其單體電壓高服務為一體、無記憶效應達到、自放電小等優(yōu)點而廣泛應用于各個領域不斷創新。近年來，新能源汽車需求爆發(fā)、國家環(huán)保政策等多重利好帶動下溝通協調，鋰電池行業(yè)快速發(fā)展∧Ｊ?？茖W家們致力于研究具有能量密度高大大提高、循環(huán)壽命長以及能拓展電池工作電壓窗口的材料，從而不斷對鋰電池進行“升級”探索創新。

　　據(jù)統(tǒng)計帶來全新智能，2022年全球鋰電池行業(yè)出貨量達到957.7GWh，同比增長70.3%新產品，離TWh僅一步之遙去完善。出貨結構方面，2022年全球汽車動力電池出貨量為684.2GWh長遠所需，同比增長84.4%求索；儲能電池出貨量159.3GWh，同比增長140.3%規模；小型電池出貨量114.2GWh穩定發展，同比下滑8.8%。

　　我國是鋰電池主要生產國和出口國提供深度撮合服務。2022中國鋰電池出貨量達到750GWh服務品質，同比增長超過130%的發生，其中儲能型鋰電產量突破100GWh；產量方面表現明顯更佳，2022年中國鋰電池產量為239.3億只狀態，同比增長2.88%；出口方面指導，2022年我國鋰離子電池出口數(shù)量為37.73億只廣泛認同，同比增長10.06%，出口金額達到509.19億美元流動性，出口金額同比增長79.12%鍛造。

　　電池作為一個極其復雜的封閉式系統(tǒng)，如何實時持續創新、無損改善、原位地獲取其內部信息是電池產業(yè)發(fā)展的痛點所在。電池使用過程中協調機製，電化學性能會逐漸衰減信息化，電極材料結構和電解液分布在不斷演變，并伴隨副反應而出現(xiàn)產氣實踐者、析鋰等現(xiàn)象取得明顯成效，影響電池壽命和安全。

　　在此之前數據，無論學術界還是產業(yè)界通常以拆解方法破壞性地獲取電池內部信息創新的技術，因電池內部多種組分對空氣高度敏感，拆解過程中狀態(tài)信息發(fā)生變化顯著，所以該方法無法精準分析電池失效機制快速增長。例如X射線、中子衍射等無損表征方法占，其靈敏性高質量、快速性和便捷性又難以滿足實時快速檢測需求。電池行業(yè)對開發(fā)新型表征技術來滿足電池實時檢測和健康監(jiān)測的需求日益強烈激發創作。

　　超聲檢測作為新興的無損檢測手段逐步改善，具有效率高、成本小提升、無污染且定位精準的特點。近日等多個領域，華中科技大學黃云輝和沈越教授團隊自主研發(fā)了鋰離子電池超聲掃描成像設備再獲，該產品從基本原理到軟、硬件集成均由華科大團隊自主開發(fā)應用擴展，在動力與儲能電池產業(yè)界和學術界獲得廣泛應用體驗區。

　　超聲波對氣—液增多、氣—固界面的識別十分有效，如電池內部存在氣泡有望，超聲波會發(fā)生大幅度衰減進一步推進。電池發(fā)熱與正極材料劣化等多種電池失效問題都會伴隨氣體產物生成，這一技術可通過對氣體產物的識別獲知電池失效進程方案。此外應用的選擇，電池材料變化也會影響超聲波的傳播行為，該技術可通過電池不同區(qū)域超聲傳播行為的差異判斷電池材料的結構演變左右。

　　黃云輝團隊首次提出并利用超聲技術觀測到電池“退浸潤”現(xiàn)象背景下。電池在設計階段，其電解液用量是基于電池材料孔隙率所制定可靠保障，而電池在循環(huán)過程中自然條件，因膨脹等問題，原有材料孔隙變大開展，電解液設計用量不足以填充孔隙互動互補，電解液無法充分浸潤電極材料，這種“退浸潤”現(xiàn)象會導致電池性能衰減意向，甚至引發(fā)更為嚴重的失效反應意料之外。

　　該研究團隊的鋰離子電池超聲掃描成像設備利用高頻超聲透射方法，使發(fā)射端探頭發(fā)射聚焦聲束穿透電池開展面對面，再利用接收端探頭接收系統。團隊通過對接收信號的處理分析評估電池內部狀態(tài)，成像精度可達亞毫米級進一步提升。經研究證實空間廣闊，該項設備不僅可以無損、實時改革創新、原位地觀測浸潤狀態(tài)演變知識和技能，同時也可用于電池循環(huán)過程中電解液干涸、材料劣化等一些電池失效機制研究新模式。

　　通過超聲這種新型手段對電池進行檢測更加廣闊、全局定位和定量有著十分可觀的前景，包括針對商業(yè)化電池的“跳水”預警提高、壽命預測可以使用，以及對動力電池組的實時監(jiān)測等，都有可能對未來的電池管理系統(tǒng)帶來革命性的突破紮實。目前效高化，該項技術成果的轉化產品已經被50余家電池和新能源汽車企業(yè)以及部分高等院校應用。該技術正逐漸成為檢測電池內部健康狀態(tài)的通用設備投入力度，已是保障動力與儲能電池安全的關鍵技術創造，為新能源汽車和儲能產業(yè)發(fā)展保駕護航不難發現。

　　(資料參考來源：科技日報、經濟參考報等)

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