【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科大蘇州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究員團隊與中國科大工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系談鵬教授團隊，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院唐永炳教授、張帆研究員團隊合作于4月25日在National Science Review上發(fā)表題目為“Unified iontronic sensing for operando monitoring of physical-chemical events in lithium-ion batteries”的研究論文。
鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命而成為電動汽車和儲能系統(tǒng)的核心。然而，鋰枝晶生長、SEI膜生長等問題威脅著電池的使用安全與服役壽命。在電池內(nèi)原位檢測枝晶和SEI膜生長過程中的膨脹力變化被認為是實現(xiàn)早期預(yù)警和精準監(jiān)測的有效方法。傳統(tǒng)的植入式光纖監(jiān)測方法存在系統(tǒng)尺寸大、光纖力學(xué)性能脆弱等問題；而柔性壓力傳感器在腐蝕性電解液環(huán)境中長期穩(wěn)定性不足。
圖：系統(tǒng)示意圖 (a) 植入電池內(nèi)的一體式離電傳感技術(shù)；(b)一體式離電傳感器結(jié)構(gòu)圖；(c)壓力傳感單元壓力響應(yīng)機理；(d)參比單元監(jiān)測電解液離子電導(dǎo)性原理；(e)通過補償算法消除環(huán)境因素對壓力傳感單元的干擾
針對這一挑戰(zhàn)，本研究開發(fā)了一種基于一體式離電傳感技術(shù)的新型原位監(jiān)測技術(shù)，利用鋰離子電池自身的電解液和材料構(gòu)建傳感界面，無需額外封裝即可實現(xiàn)高精度壓力監(jiān)測。這種結(jié)構(gòu)不僅與電池材料高度兼容，還解決了傳統(tǒng)柔性壓力傳感器在腐蝕性環(huán)境中的穩(wěn)定性難題。實驗表明，一體式離電傳感技術(shù)可以對Pa級別的膨脹力變化產(chǎn)生響應(yīng)，并能在電池內(nèi)穩(wěn)定工作超過1個月。該技術(shù)可通過壓力曲線不對稱性和峰值變化捕捉到鋰枝晶的不可逆沉積。作為驗證，通過充放電循環(huán)400周加速老化實驗，記錄了因SEI層增厚和鋰枝晶生長導(dǎo)致的壓力累積，發(fā)現(xiàn)壓力變化與容量衰減趨勢高度吻合。該技術(shù)為智能電池設(shè)計開辟了新路徑，其低成本、高精度和長壽命特性尤其適用于車載電池管理系統(tǒng)。
中國科大蘇州高等研究院智能醫(yī)療器械研究中心的常煜、汪若江以及中國科學(xué)院深圳先進院的程玙和賈蕊為本文的第一共同作者；中國科大蘇州高等研究院智能醫(yī)療器械研究中心潘挺睿、常煜，工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系談鵬以及中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的唐永炳和張帆為文章的共同通訊作者。該成果得到了科技部、基金委、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)以及鈦深科技(深圳)有限公司的資助。
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