近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院的潘挺睿教授與常煜研究員攜手中國(guó)科大談鵬教授團(tuán)隊(duì)，并與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的唐永炳教授及張帆研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，成功研發(fā)出一種高效穩(wěn)定的鋰離子電池原位膨脹力監(jiān)測(cè)技術(shù)。該研究成果已在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》期刊上發(fā)表。

鋰離子電池憑借高能量密度和出色的循環(huán)壽命，已成為電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。然而，鋰枝晶生長(zhǎng)和固體電解質(zhì)界面（SEI）膜生長(zhǎng)等問題對(duì)電池的安全性和使用壽命構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了提前預(yù)警和精確監(jiān)測(cè)這些問題，科學(xué)家們一直致力于開發(fā)一種能夠在電池內(nèi)部原位檢測(cè)枝晶和SEI膜生長(zhǎng)過程中膨脹力變化的技術(shù)。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，如植入式光纖監(jiān)測(cè)，存在系統(tǒng)體積龐大、光纖力學(xué)性能不佳等局限；而柔性壓力傳感器在電池內(nèi)部的腐蝕性電解液環(huán)境中，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也面臨挑戰(zhàn)。為了解決這些難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種基于一體式離電傳感技術(shù)的新型原位監(jiān)測(cè)方案。

這種新技術(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(wú)需額外的封裝步驟，即可實(shí)現(xiàn)高精度的壓力監(jiān)測(cè)。這種設(shè)計(jì)與電池材料高度兼容，有效解決了傳統(tǒng)柔性壓力傳感器在腐蝕性環(huán)境中的穩(wěn)定性問題。實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)能夠靈敏地響應(yīng)帕斯卡級(jí)別的膨脹力變化，并在電池內(nèi)部穩(wěn)定工作超過一個(gè)月。

研究團(tuán)隊(duì)通過一體式離電傳感技術(shù)，成功捕捉到了鋰枝晶不可逆沉積引起的壓力曲線不對(duì)稱性和峰值變化。為了進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)的有效性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了400周的充放電循環(huán)加速老化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，因SEI層增厚和鋰枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致的壓力累積與電池容量的衰減趨勢(shì)高度一致。這一發(fā)現(xiàn)為智能電池的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

該技術(shù)的低成本、高精度和長(zhǎng)壽命特性，使其在車載電池管理系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部的膨脹力變化，該技術(shù)有望為電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行提供有力保障，同時(shí)也有助于提升電池的整體性能和使用壽命。

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