USG Mengungkapkan Cacat Baterai Tersembunyi:Alat Diagnostik Baru

Andrew Corselli

Meningkatnya kebakaran yang berhubungan dengan baterai baru-baru ini telah menarik perhatian pada tantangan dalam mengidentifikasi cacat yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi yang sangat besar ini, namun jarang terlihat dengan mata telanjang. Dengan harapan dapat mencegah gangguan berbahaya yang dapat menyebabkan baterai menjadi terlalu panas dan terbakar, para peneliti dari Drexel University telah mengembangkan proses pengujian standar agar produsen dapat melihat dengan lebih baik cara kerja internal baterai.

Dalam makalah yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal Electrochimica Acta , kelompok tersebut mempresentasikan metode penggunaan ultrasound untuk memantau fungsi elektrokimia dan mekanis baterai — yang akan segera mengungkap kerusakan atau kekurangan apa pun yang dapat menyebabkan panas berlebih dan bahkan menyebabkan “pelepasan panas”.

“Meskipun baterai Li-ion telah dipelajari selama hampir setengah abad dan dikomersialkan selama lebih dari 30 tahun, kami baru saja mengembangkan alat yang dapat melihat ke dalam dengan resolusi tinggi,” kata Wes Chang, Ph.D., Asisten Profesor, Penyelidik Utama, Lab Dinamika Baterai di Fakultas Teknik Drexel, yang mengawasi proyek tersebut. "Secara khusus, USG telah diadaptasi dari bidang lain, seperti ilmu geofisika dan biomedis, untuk diagnostik baterai hanya dalam satu dekade terakhir. Karena ini merupakan teknik baru dalam industri baterai dan kendaraan listrik, ada kebutuhan untuk mengajari para insinyur baterai cara kerjanya dan mengapa hal ini berguna."

Pekerjaan terbaru tim ini berupaya mencapai hal ini dengan mendemonstrasikan alat ultrasonik benchtop yang murah dan mudah diakses, yang diharapkan dapat dengan mudah diimplementasikan dan digunakan oleh para insinyur baterai, termasuk mereka yang bekerja di perusahaan otomotif yang memproduksi kendaraan listrik.

Berikut adalah Ringkasan Teknologi eksklusif wawancara, diedit agar panjang dan jelas, dengan Chang.

Ringkasan Teknis :Apa tantangan teknis terbesar yang Anda hadapi?

Ubah :Kami telah mengembangkan teknik baru untuk diagnostik baterai, dan didasarkan pada gelombang suara. Jadi, ini mengadaptasi USG yang biasanya digunakan di bidang biomedis untuk studi penuaan baterai. Untuk pertanyaan Anda, hal ini selalu menjadi masalah dalam mengembangkan metode baru:Ilmuwan baterai biasanya adalah ahli kimia atau ilmuwan material, bukan insinyur mesin. USG adalah sesuatu yang umum digunakan dalam ilmu biomedis dan juga digunakan dalam geofisika, itu benar-benar sebuah penyelidikan mekanis. Jadi, tantangan terbesar bagi saya adalah membangun tim yang terdiri dari orang-orang yang ahli dalam desain mekanis dan pemrosesan sinyal, lalu mencoba memanfaatkan keterampilan tersebut untuk membangun sesuatu yang dapat mengukur kimia baterai. Ini adalah upaya yang sangat lintas disiplin.

Pada akhirnya, Anda memiliki alat yang mengukur modulus dan kepadatan elastisitas, yang berkorelasi dengan penuaan baterai dan kinerja baterai. Tantangannya adalah membuat teknik ini ramah pengguna dan mudah dipahami oleh para ilmuwan baterai.

Ringkasan Teknis :Apakah Anda mempunyai rencana tetap untuk penelitian lebih lanjut, pekerjaan, dll.? Jika tidak, apa langkah Anda selanjutnya? Ke mana Anda pergi setelah ini?

Ubah :Kami telah menetapkan rencana untuk pekerjaan yang akan datang. Metode yang digunakan adalah teknik 1D atau 2D. 1D mengacu pada saat Anda memindai bagian tengah adonan; Anda mengirimkan gelombang suara melalui bagian tengah baterai, dan saat Anda memutar baterai, gelombang suara tersebut berubah bentuk. Cara perubahan bentuknya berkorelasi dengan perubahan modulus elastisitas dan kepadatan.

Anda dapat melakukan hal yang sama dalam 2D hanya dengan memindai elektroda, dan itu akan memberi Anda gambaran baterainya. Jadi, ini memberi tahu Anda bukan hanya kapan tetapi juga di mana sesuatu terjadi. Jadi, 3D kemudian mengacu pada kemampuan untuk tidak hanya memindai baterai tetapi juga resolusi lapis demi lapis. Ini mengacu pada geometri.

Jadi, baterai dari luar terlihat cukup sederhana. Itu seperti kantong atau sesuatu seperti silinder. Namun di dalamnya terdapat banyak lapisan elektroda yang ditumpuk menjadi satu. Jika Anda melihat perubahan dalam 2D, biasanya Anda mengaitkannya dengan area tertentu. Namun pertanyaannya adalah, apakah itu cacat atau kemungkinan modus kegagalan. Apakah ini terjadi melalui setiap elektroda atau terjadi pada satu elektroda tertentu? Itulah yang coba dicapai oleh 3D. Bisa dibayangkan bahwa hal ini cukup menantang karena mengharuskan kita memikirkan cara menguraikan bentuk gelombang tersebut menjadi komponen-komponen individualnya, seperti cara ia berinteraksi dengan setiap lapisan.

Jadi, sebagai langkah selanjutnya, yang kami lakukan adalah membangun algoritme yang lebih baik yang memungkinkan kami menguraikan bentuk gelombang menjadi efek setiap lapisan. Itulah yang akan membawa kita pada resolusi 3D. Kami pikir hal ini mungkin terjadi karena ini sudah merupakan kemampuan yang dimiliki oleh sinar X. Dan, dalam beberapa kasus dalam ilmu biomedis, mereka sudah bisa mendapatkan versi 3D. Teknologi ini jelas merupakan yang terdepan dalam teknologi ultrasound, namun kami ingin mencapai hal tersebut.

Ringkasan Teknis :Apakah ada hal lain yang ingin Anda tambahkan namun belum saya bahas?

Ubah :Saya ingin menekankan bahwa USG untuk baterai telah ada bahkan ketika saya masih seorang Ph.D. mahasiswa — kami mengembangkannya di lab lama saya. Jadi, penekanannya di sini adalah membuat alat yang relatif baru mudah digunakan bagi para ilmuwan baterai. Dan saya hanya ingin menekankan bahwa hasil utamanya pada dasarnya adalah kami membangun platform ini di perusahaan baterai, startup baterai SES AI, di situs R&D mereka; kami dapat melatih salah satu insinyur mereka untuk menggunakannya setiap hari. Bagi saya, ini adalah aspek yang paling bermanfaat dan memotivasi dari pekerjaan kami — melihatnya langsung diterjemahkan ke dalam penggunaan industri. Jadi, hal ini tidak hanya terjadi pada SES saja, namun kami juga berbicara dengan startup lain dan beberapa perusahaan manufaktur otomotif besar yang sudah memiliki alat USG atau sedang mencari alat tersebut. Kami berbicara dengan mereka untuk membantu mereka memahami alat ini dengan lebih baik dan menjadikannya lebih seperti kemampuan plug-and-play yang dimiliki laboratorium Litbang dan industri mana pun untuk baterai.