طوّر باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لتفسير الإشارات الصوتية الضعيفة الصادرة عن بطاريات الليثيوم أيون، مما يفتح آفاقاً جديدة لتخزين طاقة أكثر أماناً وأطول عمراً. تربط الدراسة أنماط الصوت المحددة بعمليات التدهور الداخلي للبطارية، وتوفر وسيلة منخفضة التكلفة لمراقبة حالة البطاريات الصحية في السيارات الكهربائية وأنظمة الشبكات الكهربائية واسعة النطاق.
قام فريق البحث في قسم الهندسة الكيميائية بتحليل الضوضاء الدقيقة الناتجة أثناء شحن وتفريغ البطاريات، ووجدوا علاقة واضحة بين الخصائص الصوتية وعمليات مثل تكوّن الغازات أو تشقق مواد الأقطاب الكهربائية. وقال البروفيسور Martin Z. Bazant، أستاذ الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس وأستاذ الرياضيات أيضاً، إن الفريق نجح في فك شفرة الانبعاثات الصوتية وقام بتصنيفها إلى فقاعات غاز ناتجة عن تفاعلات جانبية أو شقوق ناتجة عن تمدد وانكماش المواد النشطة، وتمكنوا من اكتشاف هذه الإشارات حتى وسط البيانات المشوشة.
أشار الطالب الباحث Yash Samantaray إلى أن هذه الطريقة تتيح دراسة الآليات الداخلية للبطارية دون إتلافها.
في الدراسة، جمع الباحثون بين الاختبارات الكهروكيميائية وتسجيلات صوتية في ظروف حقيقية، وربطوا قراءات الجهد والتيار بأنماط الصوت لتحديد توقيت حدوث الانبعاثات بدقة، ثم فحصوا البطاريات بعد الاختبار بمجهر إلكتروني لتأكيد النتائج.
كانت المحاولات المبكرة تعتمد على عتبات صوتية بسيطة، بينما استخدم فريق MIT تحويل الموجات (wavelet transform) لفصل الإشارات المختلفة عن الضوضاء الخلفية. وأوضح البازانت أن هذه الطريقة تشبه ما يستخدمه المهندسون لتتبع سلامة الجسور الهيكلية، وتوفر “نافذة إضافية” إلى جانب الجهد والتيار للكشف عن العمر المتبقي للبطارية والمخاطر الأمنية. وفي عمل مشترك مع Oak Ridge National Laboratory، أظهر الفريق أن البيانات الصوتية يمكن أن تعطي تحذيراً مبكراً قبل حدوث فقدان التحكم الحراري (thermal runaway) الذي يؤدي إلى نشوب حريق.
يرى Samantaray تطبيقاً مباشراً لهذه الطريقة في أبحاث المواد، حيث يمكن لفرق المختبر اكتشاف تكوّن الغازات أو تكسر الجزيئات دون الحاجة إلى تفكيك البطارية. ويؤكد البازانت على قيمتها في التصنيع، حيث يمكن اكتشاف البطاريات المعيبة مبكراً مما يقلل تكاليف دورات التشكيل (formation cycles)، ويفصل بين البطاريات ذات الهيكل السليم والبطاريات السيئة في مرحلة مبكرة من الإنتاج.
