近年來(lái)，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(wèn)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(wú)損植入式智能傳感系統(tǒng)，可長(zhǎng)期、穩(wěn)定且準(zhǔn)確地測(cè)量、無(wú)線傳輸電池內(nèi)部信號(hào)，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(zhǎng)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(hào)的早期精準(zhǔn)識(shí)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(hào)傳輸受限、長(zhǎng)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(guó)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(cè)得準(zhǔn)”，通過(guò)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(zhǎng)壽命需求與電化學(xué)腐蝕環(huán)境相矛盾的問(wèn)題﹔二是無(wú)損植入“埋得進(jìn)”，團(tuán)隊(duì)提出兼容工業(yè)制造流程的無(wú)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(wèn)題﹔三是跨屏傳輸“傳得出”，通過(guò)研制基於載波傳輸?shù)奈⑿屯ㄐ判酒?，解決了傳感信號(hào)高效傳輸需求與電池單體外殼電磁屏蔽相矛盾的問(wèn)題﹔四是智能預(yù)警“用得好”，基於長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部傳感信號(hào)構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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。

基於此方案，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(wú)線傳輸鋰離子電池內(nèi)部的溫度和應(yīng)變信號(hào)。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(cè)模型和內(nèi)部應(yīng)變信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電極斷裂位置的定位。基於植入溫度傳感系統(tǒng)和內(nèi)短路觸發(fā)技術(shù)，可以較早地識(shí)別出電池內(nèi)部異常溫度和應(yīng)變信號(hào)，從而提高鋰離子電池的安全性。

據(jù)了解，未來(lái)團(tuán)隊(duì)將聚焦完善專(zhuān)用科學(xué)儀器，提供揭秘電池內(nèi)部“黑箱”的無(wú)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(cè)﹔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(dòng)能源電池智能傳感在儲(chǔ)能電站、電動(dòng)汽車(chē)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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