Natančna fizikalno-osnovana ocena stanja ohranjenosti zdravja litij-ionskih baterij na osnovi meritev nizko-frekvenčne impedance s stohastičnim vzbujanjem “AccessTOinternalSOH”

Natančna fizikalna ocena stanja ohranjenosti zdravja (SOZ) litij-ionskih baterij, osnovana na impedančnih meritvah do ultra nizkih frekvenc s stohastičnim vzbujanjem, “AccessTOinternalSOH” V luči naraščajoče ekološke ozaveščenosti velja elektrokemijsko shranjevanje energije v baterijskih sistemih za eno izmed bistvenih tehnologij, ki omogočajo postopen prehod s tradicionalnih virov energije (fosilnih goriv) na obnovljive. Sodobni litij-ionski baterijski sistemi, ki so bili razviti v zadnjih treh desetletjih, dosegajo presunljivo specifično energijo in moč. Za uporabo na področju pametnega omrežja in transportnega sektorja obstaja za sistem še ena posebna zahteva: stabilno delovanje za časovno dobo vsaj 10 let. Baterije so v osnovi zapleteni elektrokemijski sistemi in so kot takšni neizogibno nagnjeni k postopnemu poslabšanju zmogljivosti zaradi množice raznolikih procesov degradacije, ki se jih ni mogoče kategorično rešiti. S temi so poleg tega neposredno povezana in verjetno še pomembnejša kritična varnostna tveganja, kakršnim so med dolgotrajnim delovanjem izpostavljeni potrebovani visokoenergijski baterijski sistemi. Ključnega pomena je, da se varnostna vprašanja sodobnih baterijskih sistemov ustrezno odpravijo pred masovno proizvodnjo in uporabo. Z namenom zmanjšanja varnostnih tveganj, so bili na področju sistemov za upravljanje baterij (SUB) vzpostavljeni različni pristopi, katerih cilj je bila ocena stanja ohranjenosti zdravja (SOZ) baterijskega modula/sklopa. Čeprav obstajajo različne metode za oceno SOZ litij-ionskih baterij, pa je nujno potrebna neposrednejša fizikalna povezava s temeljnimi procesi degradacije, ki bi omogočila neposrednejši vpogled v izvor(-e) določenih scenarijev degradacije baterij in povečala predvidljivost nadaljnjega razvoja delovanja baterije in pojava možnih varnostnih težav. V obravnavanem projektu predlagamo rešenje teh težav z uvedbo izvirne metode za oceno SOZ baterij, ki bo uporabljala elektrokemično impedančno spektroskopijo (EIS) v zelo širokem frekvenčnem območju - vse do ultra nizkih frekvenc (pod 1 mHz). Celoten potencial EIS pristopa bo uresničen s pomočjo nove metodologije elektrokemijskega lestvičastega modela (TLM), ki je bila nedavno razvita v naši skupini (Oddelek za kemijo materialov) na Kemijskem inštitutu (KI). Sedanji projekt se opira na temeljno hipotezo naših raziskav: impedančni odziv litij-ionske baterije, izmerjen v frekvenčnem območju do 1 mHz, daje popolne informacije o stanju ohranjenosti zdravja (SOZ) baterije. Da bi se metodologija prenesla v dejanski SUB, bo za meritve impedančnega odziva litij-ionskih baterij do ultra nizkih frekvenc učinkovito uporabljena izvirna tehnika vhodnega vzbujanja z uporabo diskretnega naključnega binarnega signala (DNBS), ki je bila nedavno razvita pri projektnem partnerju iz Instituta ""Jožef Stefan"" (IJS). V tem projektu bo nadvse prilagodljiv pristop DNBS nadalje razvit z namenom ustvariti inovativno, namensko zasnovo, ki jo bo zajemala originalna strojna oprema DNBS-EIS modula. Posebna pozornost bo namenjena razumevanju razlik med posameznimi baterijskimi celicami in reševanju ključnega problema s ""šibkimi celicami"" povezanih težav. Dobljeni modul bo omogočil vzpostavitev edinstvene natančne fizikalne metode ocenjevanja SOZ za novo generacijo SUB-jev. Splošni cilj predlaganega projekta je doseči podaljšanje življenjske dobe baterijskih modulov/sklopov na podlagi izboljšanega odkrivanja lokalnih sprememb in zagotavljanja večje varnosti med dolgotrajnim delovanjem. Cilj bo dosežen z učinkovitim povezovanjem dveh področij znanstvenih raziskav: elektrokemije in znanosti o materialih (KI) z uvedbo strojne opreme in obdelavo signalov (partner z IJS).