Måling og analyse av helsetilstand til litiumbatterier

Økt bruk av batterier i transportsektoren, til lands og til havs, gir også økte krav til kvalitetssikring av batteriene. Dette kan enten være ved produksjon av batterier, der en ønsker at cellene som inngår i et batteri er kvalitetssikret, eller ved en utfasing av batterier. Batterier for bruk i bil anses som modne for utskiftning ved 80% av opprinnelig kapasitet, men brukbare celler kan fortsatt ha et potensiale forvidere bruk i nye anvendelser. Et problem ved gjenbruk av celler i dag er at det ikke finnes gode metoder for å bestemme helsetilstanden på de brukte cellene. Et batteri består av mange celler, og en ønsker ikke å demontere batteriet i enkeltceller når det skal avklares om batteriet skal nyttes til resirkulering eller gjenbruk. Istedenfor er det ønskelig med robuste og kostnadseffektive metoder for ikke-destruktiv testing til å skille brukte battericeller for å sortere ut de som egner seg for gjenbruk fra de som må gå til resirkulering. Formålet med kvalifiseringsprosjektet var å avklare potensialet for å analysere og differensiere helsetilstand til høyenergi fremdrifts-batterier ved bruk av akustiske metoder. De mest sentrale spørsmålene var om en kan finne en egnet akustisk målemetode som skiller nye fra brukte battericeller, og om matematiske metoder for å beregne lydforplantning gjennom battericellen kanbenyttes for planlegging og tolkning av målingene.Et utvalg av nye og brukte battericeller ble analysert i prosjektet. Eksperimentene i forprosjektet demonstrerte at det var mulig å sende og motta ultralyd gjennom nye celler og brukte celler med degradert helsetilstand. Videre ble det avdekket at det var stor forskjell i frekvensinnholdet som propagerte gjennom nye og brukte celler, og at det var mulig å sende signaler gjennom en stabel satt opp av de seks nye cellene som var tilgjengelige. Forventningen om at det var mulig å sende ultralyd signal gjennom cellene og se forskjell på nye og brukte celler stemte, men det må gjøres videre arbeid for å benytte signalene til å sortere battericellene. I forprosjektet ble det også utført matematisk modellering av lydforplantning gjennom battericeller. I utgangspunktet skulle to metoder evalueres. Den mest avanserte metoden krevde veldig fin oppløsning for et oppsett av en battericelle (på halvannen centimeter) med veldig mange lag med katoder og anoder, og etter noen tester ble det konkludert med at den ble for regnekrevende. Derimot fant vi at en enklere beregningsmetode ser ut til å være mer hensiktsmessig, men for å få full nytte avdenne må flere fysiske fenomen, som for eksempel dempning av lydbølgene, tas med i modelleringen. Etter eksperimentene med ultralyd ble en av de brukte cellene sendt til en såkalt post-mortemanalyse, hvor cellen ble åpnet og cellens indre strukturer studert. Analysen avdekket tydelige spor på cellens indre struktur. Mest sannsynlig skyldes sporene monteringen i eksperimentene, men videre forskning må avklare at det ikke skyldes selve lydbølgene som er sendt gjennom cellen. Resultatene i forprosjektet har i all hovedsak svart på forsknings spørsmålene. En så at det ikke var tilstrekkelig med ressurser til å komme så langt en hadde håpt på innen matematisk modellering, men det viktigste formålet med prosjektet var å fastslå om ultralyd er en mulig metode for å analysere helsetilstand til battericeller. Dette spørsmålet ble besvart positivt.