科技日報(bào)合肥10月7日電 (記者吳長鋒)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫金華教授和王青松研究員團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)郭團(tuán)教授團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(dòng)汽車與新型儲(chǔ)能規(guī)?；l(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(dòng)力學(xué)規(guī)律，前移熱失控預(yù)警時(shí)間窗口，是從根本上解決儲(chǔ)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(shí)時(shí)性無法保證。如何科學(xué)、及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)判電池安全隱患，成為當(dāng)前一個(gè)國際性科學(xué)難題。
為此，該團(tuán)隊(duì)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(jì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(hào)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(diǎn)與共性規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(yùn)行提供了重要手段。
研究人員表示，未來可以實(shí)現(xiàn)一根光纖在電池的多個(gè)位置同時(shí)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(huì)在新能源汽車、儲(chǔ)能電站安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。