安全な電池社会実現のための電池内部の迅速見える化技術基盤創成

打造电池内部快速可视化技术平台，实现安全电池社会

• 批准号: 22K18865
• 负责人: 佐藤 一永
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18865/
• 关键词: アクティブ音響波試験; 電気・化学・力学的特徴量; 非破壊; 深層学習; 内部構造; 長期寿命予測; 電池; 信頼性・耐久性; 可視化; 非破壊評価; 動的変化

充放電のたびに動的に変化する２次電池の内部の様子を可視化することは、電池の安全性・信頼性を担保する上で極めて重要なことです。一方、リチウムイオンをはじめとしたイオン伝導物質は極めて小さく、移動速度も極めて早いため、そのものの動きを直接捉えて可視化することは極めて困難です。そこで、本研究では、物質移動に伴って発生する音響を捉えることに挑戦しています。また、動作中の電池に様々な周波数のパルス音響波を与えてその特徴量を数値化・関数化することで高速な電池内部の動的変化挙動を捉えることに挑戦しています。加えて、電池内部に起こる物理・化学現象ならびに寿命を含めた変化挙動予測を数値シミュレーションで行うために物性評価や数値解析モデル化を様々な視点から試みています。今年度は音響に加えて、充放電に伴う温度変化、変形などを直接捉えることで電池内部の動的変化を可視化することに挑戦しました。当初の研究計画で考えていたアクティブ音響法に加え、電気化学、電磁波等の手法も併用することで、微細構造まで予測できる可能性を見出すことができました。 ここ数年、深層学習が劇的進化を遂げており、電池内部の中・長期電極構造変化も深層学習を取り入れた数値シミュレーションで予測できるようになりました。実験データやシミュレーション結果との比較を行うことで極めて確度の高いシミュレーション結果であることが示されました。今年度は新たな学術領域の芽を見出すことができたと思います。

每次充电或放电时动态变化的二次电池的内部状态的可视化对于确保电池的安全性和可靠性极其重要。另一方面，锂离子等离子传导材料非常小且移动速度极快，因此很难直接捕获和可视化它们的运动。因此，在这项研究中，我们试图捕捉由于传质而产生的声音。我们还试图通过向运行中的电池施加各种频率的脉冲声波并将特性转换为数字和函数来捕获电池内部的动态变化。此外，我们正在尝试从不同的角度评估物理特性并创建数值分析模型，以便使用数值模拟来预测电池内部发生的物理和化学现象以及包括寿命在内的行为变化。今年，除了声学之外，我们还面临着通过直接捕捉与充电和放电相关的温度变化和变形来可视化电池内部动态变化的挑战。除了最初的研究计划中考虑的主动声学方法之外，我们还发现了利用电化学、电磁波和其他技术来预测精细结构的可能性。 近年来，深度学习取得了巨大的进步，现在可以利用结合深度学习的数值模拟来预测电池内部电极结构的中长期变化。实验数据与仿真结果的对比表明，仿真结果极其准确。我认为今年我们能够发现一个新学术领域的种子。

项目成果

Why is the performance different between small- and large-scale SOFCs?

为什么小型和大型SOFC的性能不同？

• DOI: 10.1016/j.electacta.2023.141965
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 6.6
• 作者: Sumi Hirofumi;Shimada Hiroyuki;Yamaguchi Yuki;Nomura Katsuhiro;Sato Kazuhisa
• 通讯作者: Sato Kazuhisa

Visualizing internal micro-damage distribution in solid oxide fuel cells

固体氧化物燃料电池内部微损伤分布的可视化

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.233059
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 9.2
• 作者: Sato Kazuhisa;Yabuta Yoshie;Kumada Keigo;Fukui Ken;Numao Masayuki;Kawada Tatsuya
• 通讯作者: Kawada Tatsuya

Deformation mechanism of Ni(O)-yttria-stabilized zirconia upon reduction and its effect on cell stress evolution in solid oxide fuel cells

Ni(O)-氧化钇稳定氧化锆还原变形机制及其对固体氧化物燃料电池电池应力演化的影响

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232116
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 9.2
• 作者: Tanaka Junya;Sato Kazuhisa;Yashiro Keiji;Kawada Tatsuya;Hashida Toshiyuki
• 通讯作者: Hashida Toshiyuki