據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室最近的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，縮小到指甲蓋大小的超聲波傳感器可以用來掃描鋰離子電池，以監(jiān)測其充電、安全性和健康水平。

研究結(jié)果表明，頻率高于人類聽力的超聲波，有朝一日或能幫助電動(dòng)汽車更好地估算電池剩余電量。該研究的主要作者、田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的超聲波工程師Hongbin Sun表示，這種方案還有助于檢測處于災(zāi)難邊緣的不穩(wěn)定電池，在制造過程中快速檢測電池質(zhì)量，以及確定哪些用過的電池足夠健康，從而二次利用以減少浪費(fèi)。

目前，商用鋰離子電池剩余電量的估算，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。例如，電動(dòng)汽車在估算電池電量時(shí)通常存在大約10%的誤差。反過來，這種誤差可能會(huì)使它們的續(xù)航里程縮短約10%，以確保維持在電池的安全范圍內(nèi)。

為了找到一種簡單、經(jīng)濟(jì)且無損的方法來估算鋰離子電池的電量，科學(xué)家們研究了超聲波檢測方案。隨著鋰離子電池的充放電，基本的電化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其組件的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械變化，因此，利用超聲波掃描理論上可以檢測到這些變化。

此前利用超聲波掃描鋰離子電池的研究，通常只采用一個(gè)超聲波頻率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員采用了多個(gè)超聲波頻率，以了解每種頻率在估算電池電量方面可能的優(yōu)缺點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家利用約1.25厘米寬的市售超聲波傳感器，對(duì)2.4 Ah鋰離子電池的充放電過程進(jìn)行了監(jiān)測。他們測試了相對(duì)低頻的750 kHz、1 MHz和1.5 MHz超聲波，因?yàn)殡姵夭牧系奈疹l率要高于這些頻率。

超聲波發(fā)射器可以發(fā)射超聲波，穿過鋰離子電池到達(dá)超聲波接收器，從而“傳送”電池狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)

研究人員觀察到，所有三種頻率的波速都與充電狀態(tài)有關(guān)。超聲波減弱的方式也有助于揭示電池中材料在充電和放電過程中的變化。

“我們提出的方法為電池性能評(píng)估，以及了解電池充放電過程中的材料相變，提供了快速、低成本的解決方案?！盨un說，“對(duì)于工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，它或能用于預(yù)測電池的充電狀態(tài)，評(píng)估電池是否失去保持電荷的能力。”

Sun指出：“利用該方案可以在電動(dòng)汽車電池中嵌入低成本的壓電超聲波傳感器，以持續(xù)監(jiān)測電池。他表示，該技術(shù)目前在估算電池電量時(shí)的不確定性約為5%，改善大約是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍。通過改進(jìn)傳感器校準(zhǔn)并考慮測量過程中的溫度影響，我們預(yù)計(jì)誤差可以降低到2%左右，從而幫助改善電動(dòng)汽車的續(xù)航?！?/p>

此外，利用超聲波掃描，很容易發(fā)現(xiàn)有缺陷的電池。因?yàn)槌暡▽?duì)電池內(nèi)部的溫度變化和材料變化非常敏感，超聲波掃描有望為電池起火提供早期預(yù)警。

未來的進(jìn)一步研究需要對(duì)多種鋰離子電池、不同的充電速率以及更多的充電周期測試這一技術(shù)。Sun表示，該方法“在商業(yè)化之前還需要大量的額外工作和技術(shù)驗(yàn)證”。

審核編輯：劉清