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記者7日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室孫金華教授和王青松研究員團(tuán)隊與暨南大學(xué)郭團(tuán)教授團(tuán)隊合作，成功研制出可植入電池內(nèi)部的高精度、多模態(tài)集成光纖器，在國際上率先實現(xiàn)了對商業(yè)化鋰電池?zé)崾Э厝^程的精準(zhǔn)分析與早期預(yù)警。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》。 電池?zé)崾Э厥侵萍s電動汽車與新型儲能規(guī)模化發(fā)展的瓶頸。導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐母词请姵貎?nèi)部一系列復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的“鏈?zhǔn)礁狈磻?yīng)”，從局部短路到大面積短路，電池內(nèi)部溫度快速提升，可高達(dá)800℃以上，引發(fā)電池起火爆炸。因此，亟須深入理解鋰離子電池?zé)崾Э匮葑儥C(jī)制，并提出早期預(yù)警策略，以防止爆炸事故的發(fā)生。而溯源電池?zé)崾Э匕l(fā)生的內(nèi)在誘因，厘清各分步反應(yīng)之間的耦聯(lián)關(guān)系，揭示熱失控主導(dǎo)機(jī)制與動力學(xué)規(guī)律，前移熱失控預(yù)警時間窗口，是從根本上解決儲能安全問題的核心。 然而，由于電池的密閉結(jié)構(gòu)和內(nèi)部復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)制，電池內(nèi)部核心狀態(tài)參量檢測的準(zhǔn)確性和實時性無法保證。如何科學(xué)、及時、準(zhǔn)確地預(yù)判電池安全隱患，成為當(dāng)前一個國際性科學(xué)難題。 為此，該團(tuán)隊開發(fā)了一種可植入電池內(nèi)部的多模態(tài)集成光纖原位監(jiān)測技術(shù)，設(shè)計并成功研制出可在1000℃高溫高壓環(huán)境下正常工作的多模態(tài)集成光纖傳感器，實現(xiàn)了對電池?zé)崾Э厝^程內(nèi)部溫度和壓力的同步精準(zhǔn)測量，攻克了熱失控極端環(huán)境下溫度與壓力信號相互串?dāng)_的難題，提出了解耦電池產(chǎn)熱和氣壓變化速率的新方法，首次發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)電池?zé)崾Э劓準(zhǔn)椒磻?yīng)的特征拐點與共性規(guī)律，實現(xiàn)了對電池內(nèi)部微觀“不可逆反應(yīng)”的精準(zhǔn)判別，為快速切斷電池?zé)崾Э劓準(zhǔn)椒磻?yīng)、保障電池在安全區(qū)間運行提供了重要手段。 研究人員表示，未來可以實現(xiàn)一根光纖在電池的多個位置同時監(jiān)測溫度、壓力、折射率、氣體組分和離子濃度等多種關(guān)鍵參數(shù)。光纖傳感技術(shù)與電池的結(jié)合將會在新能源汽車、儲能電站安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 |
