【太平洋科技快訊】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究員團(tuán)隊(duì)與中國科大談鵬教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳教授、張帆研究員團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一種名為“一體式離電傳感技術(shù)”的鋰離子電池原位膨脹力監(jiān)測技術(shù)。該研究成果已發(fā)表在國際知名期刊《國家科學(xué)評論》上，為提升鋰離子電池的安全性和使用壽命帶來了新的希望。
鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命，已成為電動汽車和儲能系統(tǒng)的核心組件。然而，鋰枝晶生長和固體電解質(zhì)界面(SEI)膜增厚等問題，嚴(yán)重威脅著電池的使用安全和服役壽命。實(shí)現(xiàn)對這些問題的早期預(yù)警和精準(zhǔn)監(jiān)測，對于保障電池安全至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，如植入式光纖監(jiān)測和柔性壓力傳感器，存在著系統(tǒng)尺寸大、光纖力學(xué)性能脆弱、在腐蝕性電解液環(huán)境中長期穩(wěn)定性不足等問題，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一體式離電傳感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)巧妙地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(shí)現(xiàn)高精度壓力監(jiān)測。這項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有以下顯著優(yōu)勢。
高度兼容性：與電池材料完全兼容，避免了傳統(tǒng)技術(shù)中因材料不匹配導(dǎo)致的性能問題。
穩(wěn)定性強(qiáng)：有效解決了柔性壓力傳感器在腐蝕性電解液環(huán)境中長期穩(wěn)定性不足的難題。
高精度監(jiān)測：能夠?qū)ε良墑e的膨脹力變化作出響應(yīng)，并精準(zhǔn)捕捉鋰枝晶不可逆沉積和SEI膜增厚導(dǎo)致的壓力累積。
研究團(tuán)隊(duì)通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)可以在電池內(nèi)穩(wěn)定工作超過1個月。通過監(jiān)測壓力曲線的不對稱性和峰值變化，可以精準(zhǔn)捕捉鋰枝晶生長和SEI膜增厚的過程。此外，在充放電循環(huán)400周的加速老化實(shí)驗(yàn)中，研究人員記錄了因SEI層增厚和鋰枝晶生長導(dǎo)致的壓力累積，發(fā)現(xiàn)壓力變化與電池容量衰減趨勢高度吻合。這進(jìn)一步證明了該技術(shù)能夠有效監(jiān)測電池內(nèi)部狀態(tài)，為早期預(yù)警和壽命評估提供重要依據(jù)。
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