中国科学家开发长效稳定锂离子电池原位监测技术，提升电池安全性与寿命
时间：2025-05-23 00:15
小编：小世评选
近日，北京时间5月8日，央视新闻报道了中国科学技术大学苏州高等研究院的潘挺睿教授与常煜研究员团队，以及中国科技大学的谈鹏教授团队，联合中国科学院深圳先进技术研究院的唐永炳教授和张帆研究员团队，共同开发了一项新型的锂离子电池原位膨胀力监测技术。这项研究成果已在《国家科学评论》上发表，标志着锂离子电池监测技术迈向新的里程碑。
随着电动汽车与高效储能系统的广泛应用，锂离子电池因其高能量密度和较长的循环寿命，成为了现代电力存储的核心设备。锂离子电池在使用过程中也面临一些安全性和寿命方面的挑战。例如，锂枝晶的生长和固体电解质界面（SEI）膜的增厚将影响电池的安全性，进而缩短其使用寿命。因此，如何对电池内部的这些动态变化进行及时和准确的监测，成为了研究人员亟待解决的问题。
传统的电池监测手段主要依赖于植入式光纤方法进行监测，但该方法存在多个局限性，比如系统体积较大和光纤的力学性能较为脆弱。柔性压力传感器虽然在一定程度上解决了监测的灵活性问题，但在腐蚀性电解液环境中的长期稳定性仍然存在隐忧。这些技术上的瓶颈限制了锂离子电池安全监测的进展。
针对上述技术难题，研究团队提出了一种基于一体式离电传感技术的新型原位监测解决方案。这种新型监测技术不仅与电池材料高度兼容，还有效克服了传统柔性压力传感器在化学环境中的稳定性问题。实验数据显示，这种一体式离电传感器能够对微观的膨胀力变化做出及时响应，即便是处于Pa级别的压力变化，该技术也可以精准捕获。这为实现电池内锂枝晶和SEI膜的早期预警及精准监测提供了新的思路。
这一技术的背后，依赖于复杂的传感器结构设计与工作原理。实验表明，压力曲线的不对称性和峰值变化能够有效捕捉锂枝晶在电池内的不可逆沉积过程。研究团队还通过为期400周的充放电循环加速老化实验，记录了电池因SEI层增厚和锂枝晶生长而导致的压力累积情况。他们发现，压力的变化趋势与电池容量衰减的曲线紧密相关，这一结果为未来智能电池的设计和优化提供了可靠依据。
在应用前景方面，这种新型的监测技术在电动车辆的电池管理系统中展现出巨大潜力。由于其低成本、高精度和长寿命的特点，电池管理系统能够通过实时监测电池状态，监控和预测电池的使用寿命，进而确保电动汽车的安全性能与效率。同时，这项技术的应用也将在储能设备、消费电子产品等领域产生广泛影响，为相关行业的技术进步与产品升级注入新的动力。
中国科学家在锂离子电池原位监测技术领域取得的新进展，为电池的安全性和使用寿命的提升打开了一扇新的窗口。随着技术的日益成熟，未来有望推动更多智能电池的问世，让电动汽车和储能系统在安全、效率等方面更趋完美。面对未来，技术的不断创新乃是实现更高能效与更好用户体验的关键所在。
