早期預(yù)警鋰電池?zé)崾Э?新技術(shù)精準(zhǔn)判別電池內(nèi)部微觀“不可逆反應(yīng)”
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】電池?zé)崾Э厥侵感铍姵卦诤銐撼潆姇r電流和電池溫度發(fā)生一種積累性的增強(qiáng)作用并逐步損壞。普通鉛酸電池由于在正負(fù)極板間充滿了液體無間隙，所以在充電過程中正極產(chǎn)生的氧氣不能到達(dá)負(fù)極從而負(fù)極未去極化較易產(chǎn)生氫氣隨同氧氣逸出電池。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。
日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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。
他們研究開發(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。
研究團(tuán)隊首次發(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。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。
(資料來源：科技日報)
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