麻省理工學院的研究團隊開發出一種方法，可以解讀鋰離子電池發出的微弱聲音信號，這一突破將為更安全和更持久的能源儲存開闢了新途徑。這項研究將特定的聲音模式與內部退化過程相連接，提供了一種低成本的方式來監測電動車和大規模電網系統中的電池健康狀況。研究小組的成員分析了電池在充電和放電過程中所發出的微妙噪音，發現這些聲音和氣體生成或電極材料的裂紋等過程之間存在明顯的關聯。
麻省理工學院化學工程系的馬丁·Z·巴贊特教授表示：「在這項研究中，通過一些仔細的科學工作，我們的團隊成功解碼了聲音釋放的信號。我們能夠將這些信號歸類為由副反應產生的氣泡或由於活性材料的膨脹和收縮而產生的裂紋，並在嘈雜數據中找到這些信號的特徵。」研究生雅什·薩曼塔雷補充道，這種方法允許在不損壞電池的情況下進行調查。他認為這項工作的核心是研究在電池充電和放電過程中內部機制的無損檢測。
研究人員將電化學測試與現實條件下的聲音記錄相結合，通過將電壓和電流讀數與聲音模式配對，他們能夠準確確定某些聲音釋放的時刻。經過測試後，他們通過電子顯微鏡檢查電池來確認結果。早期的嘗試依賴於粗略的閾值，當聲音水平超過某個點時進行記錄。而麻省理工學院的團隊更進一步，使用小波變換將不同的信號從背景噪聲中分離出來。巴贊特教授指出，「以前沒有人這樣做過。」
這種方法類似於工程師在橋樑中跟蹤結構健康的方式，為電池提供了一個超越電壓和電流的額外「窗口」。巴贊特教授提到，這可以揭示剩餘的有效使用壽命，甚至安全風險。在與橡樹嶺國家實驗室的相關工作中，團隊展示了聲音數據可以在熱失控引發火災之前發出警告。薩曼塔雷認為，這項技術在材料研究中有直接應用，實驗室團隊可以在不拆解電池的情況下檢測氣體生成或顆粒裂紋。
巴贊特教授強調，在製造過程中，早期檢測故障電池的能力可以在形成循環過程中降低成本。他表示，「通過感測，可能更容易在電池的製造過程中很早就將良好電池與不良電池區分開來，即使在電池的有效使用壽命之前。」該研究小組已經與塔塔汽車合作開發一個電動車監測系統。他們表示，這項知識可以幫助行業建立更便宜和更安全的診斷工具。這項研究於9月5日在《Joule》期刊發表，由薩曼塔雷和亞歷山大·科恩領導，還有前麻省理工學院研究員丹尼爾·科格斯威爾和巴贊特參與。研究得到了豐田研究院、電池可持續性中心、國家科學基金會和國防部的支持。
