超聲波掃描儀原理說明

鋰離子電池是移動電子、電動汽車和大型儲能站中最成功的儲能裝置。然而，鋰離子電池在能量密度、循環壽命和安全性等方面仍面臨挑戰。近年來，許多新的表征方法被應用于鋰離子電池的研究中，然而能夠表征軟包電池內部結構的無損原位檢測方法仍然少見。目前，迫切需要廉價、方便、快速的表征方法來研究鋰離子電池內電解質和氣體的相關變化，這將有利于提高鋰離子電池的安全性。

近日，加拿大達爾豪斯大學教授Jeff. R. Dahn、華中科技大學教授黃云輝和副教授沈越合作在《焦耳》上發文，研究利用自行設計和制造的新型超聲波掃描機，測量軟包電池的局部超聲透射率，并將其用于成像。通過這種超聲成像技術能夠清楚地觀察到電池的潤濕過程，可作為一種非常靈敏的探測鋰離子軟包電池失效機制的方法。

根據論文內容，超聲波從一側的聚焦換能器發射，穿透電池，并被另一側的另一個換能器接收。在聚焦超聲束路徑上，材料物理性質的變化會影響傳輸的超聲波信號。由于超聲波是一種機械波，它需要一種介質來傳播。電池中的電極可以看作是緊密堆積的微粒，當電極干燥時，超聲波只能通過粒子間的直接接觸傳播。這些不規則粒子會產生大量的反射和折射，導致超聲信號的快速衰減。超聲波的大部分能量被這些粒子之間的摩擦所消耗。但是，如果電極被電解液潤濕，電解液可以作為聲波的介質，為超聲波傳播提供額外的路徑。因此，超聲成像對鋰離子電池的潤濕狀態非常敏感，可以用來研究鋰離子電池的干燥和“未浸潤”。

研究人員開發的超聲波成像技術是一種非常有用的無損檢測方法，可以用來檢查軟包電池內電解質和/或氣體的狀態。超聲波透射成像可以快速確定電池的最小電解液注入量和潤濕時間，有助于優化電池制造工藝。因此，該技術可用于研究電池老化，并在不拆卸電池的情況下找到電解液干涸或“未潤濕”的證據。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.014

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