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早期預警鋰電池熱失控 新技術精準判別電池內(nèi)部微觀“不可逆反應”
2023年10月09日 13:12:20
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4316
日前，中國科學技術大學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)化鋰電池熱失控全過程的精準分析與早期預警。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】電池熱失控是指蓄電池在恒壓充電時電流和電池溫度發(fā)生一種積累性的增強作用并逐步損壞。普通鉛酸電池由于在正負極板間充滿了液體無間隙，所以在充電過程中正極產(chǎn)生的氧氣不能到達負極從而負極未去極化較易產(chǎn)生氫氣隨同氧氣逸出電池。電池熱失控是制約電動汽車與新型儲能規(guī)模化發(fā)展的瓶頸。
導致電池熱失控的根源是電池內(nèi)部一系列復雜且相互關聯(lián)的“鏈式副反應”，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熱失控演變機制，并提出早期預警策略，以防止爆炸事故的發(fā)生。
而溯源電池熱失控發(fā)生的內(nèi)在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯(lián)關系，揭示熱失控主導機制與動力學規(guī)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，由于電池的密閉結(jié)構和內(nèi)部復雜的反應機制，電池內(nèi)部核心狀態(tài)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。
日前，中國科學技術大學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)化鋰電池熱失控全過程的精準分析與早期預警。
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，設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)了對電池熱失控全過程內(nèi)部溫度和壓力的同步精準測量，攻克了熱失控極端環(huán)境下溫度與壓力信號相互串擾的難題，提出了解耦電池產(chǎn)熱和氣壓變化速率的新方法。
研究團隊首次發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)電池熱失控鏈式反應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”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(qū)間運行提供了重要手段。光纖傳感技術與電池的結(jié)合將會在新能源汽車、儲能電站安全檢測等領域發(fā)揮重要作用。
(資料來源：科技日報)
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