新技術可對鋰電池熱失控精準分析與早期預警

記者7日從中國科學技術大學了解到，該校火災科學國家重點實驗室孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊合作，成功研製出可植入電池內部的高精度、多模態整合光纖器，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與早期預警。相關研究成果日前線上發表于《自然·通訊》。

電池熱失控是制約電動汽車與新型儲能規模化發展的瓶頸。導致電池熱失控的根源是電池內部一系列複雜且相互關聯的“鏈式副反應”，從局部短路到大面積短路，電池內部溫度快速提升，可高達800℃以上，引發電池起火爆炸。因此，亟須深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，並提出早期預警策略，以防止爆炸事故的發生。而溯源電池熱失控發生的內在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯關係，揭示熱失控主導機制與動力學規律，前移熱失控預警時間窗口，是從根本上解決儲能安全問題的核心。

然而，由於電池的密閉結構和內部複雜的反應機制，電池內部核心狀態參量檢測的準確性和實時性無法保證。如何科學、及時、準確地預判電池安全隱患，成為當前一個國際性科學難題。

為此，該團隊開發了一種可植入電池內部的多模態整合光纖原位監測技術，設計並成功研製出可在1000℃高溫高壓環境下正常工作的多模態整合光纖感測器，實現了對電池熱失控全過程內部溫度和壓力的同步精準測量，攻克了熱失控極端環境下溫度與壓力信號相互串擾的難題，提出了解耦電池産熱和氣壓變化速率的新方法，首次發現了觸發電池熱失控鏈式反應的特徵拐點與共性規律，實現了對電池內部微觀“不可逆反應”的精準判別，為快速切斷電池熱失控鏈式反應、保障電池在安全區間運作提供了重要手段。

研究人員表示，未來可以實現一根光纖在電池的多個位置同時監測溫度、壓力、折射率、氣體組分和離子濃度等多種關鍵參數。光纖傳感技術與電池的結合將會在新能源汽車、儲能電站安全檢測等領域發揮重要作用。（記者吳長鋒）