近年來，能源電池技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用發(fā)展迅速，相關(guān)安全問題也日益凸顯。日前記者從北京理工大學(xué)獲悉，該校先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院陳浩森教授團(tuán)隊(duì)自主研制了一種電池單體無損植入式智能傳感系統(tǒng)，可長期、穩(wěn)定且準(zhǔn)確地測量、無線傳輸電池內(nèi)部信號，實(shí)現(xiàn)早期故障診斷與預(yù)警，從而顯著提升電池的安全性和長期運(yùn)行穩(wěn)定性。該研究成果近日發(fā)表在《自然》雜志上。

傳統(tǒng)外部傳感技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)信號的早期精準(zhǔn)識別，植入式內(nèi)部傳感技術(shù)成為備受期待的研究熱點(diǎn)，但歐美提出的植入方案，仍存在破壞電池密封結(jié)構(gòu)、電磁屏蔽導(dǎo)致信號傳輸受限、長期穩(wěn)定性不足以及工業(yè)化兼容性較差等技術(shù)瓶頸。

陳浩森教授團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10余年多學(xué)科交叉攻關(guān)，創(chuàng)新性提出“中國方案”，該方案具有如下4個(gè)技術(shù)特點(diǎn)：一是耐腐感知“測得準(zhǔn)”，通過研制50微米薄膜耐化學(xué)/電化學(xué)腐蝕傳感器，解決了植入傳感器長壽命需求與電化學(xué)腐蝕環(huán)境相矛盾的問題；二是無損植入“埋得進(jìn)”，團(tuán)隊(duì)提出兼容工業(yè)制造流程的無損植入工藝，解決了傳感器植入需求與電池全壽命周期穩(wěn)定服役相矛盾的問題；三是跨屏傳輸“傳得出”，通過研制基于載波傳輸?shù)奈⑿屯ㄐ判酒?，解決了傳感信號高效傳輸需求與電池單體外殼電磁屏蔽相矛盾的問題；四是智能預(yù)警“用得好”，基于長期監(jiān)測電池內(nèi)部傳感信號構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動分析模型，可初步實(shí)現(xiàn)單體電池內(nèi)部失效早期預(yù)警。

基于此方案，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種小型化、低功耗的植入式傳感系統(tǒng)，可以精確地感知和無線傳輸鋰離子電池內(nèi)部的溫度和應(yīng)變信號。該植入式傳感系統(tǒng)在商用100Ah方形磷酸鐵鋰電池中具有超低功耗；集成該傳感系統(tǒng)的方形電池在1000次循環(huán)中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性，容量保持率為93.74%。結(jié)合相關(guān)預(yù)測模型和內(nèi)部應(yīng)變信號，實(shí)現(xiàn)了電極斷裂位置的定位?；谥踩霚囟葌鞲邢到y(tǒng)和內(nèi)短路觸發(fā)技術(shù)，可以較早地識別出電池內(nèi)部異常溫度和應(yīng)變信號，從而提高鋰離子電池的安全性。

據(jù)了解，未來團(tuán)隊(duì)將聚焦完善專用科學(xué)儀器，提供揭秘電池內(nèi)部“黑箱”的無損科研工具；構(gòu)建“數(shù)字孿生電池”，結(jié)合自主研制的電池多尺度仿真軟件，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)精準(zhǔn)預(yù)測；制造“本質(zhì)安全電池”，融合智能傳感、計(jì)算軟件與AI算法，實(shí)現(xiàn)電池“早預(yù)警、早處置”的本質(zhì)安全。該成果將推動能源電池智能傳感在儲能電站、電動汽車的落地應(yīng)用，加速能源電池的本質(zhì)安全進(jìn)程。（記者周世祥）

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