近日,暨南大學郭團教授團隊和法國科學院院士、英國皇家學會外籍院士、歐洲科學院院士、法國電化學儲能聯盟會長Jean-Marie Tarascon教授團隊合作,在電池內部電化學動力學及其電化學成分演化狀態的原位檢測領域取得重要進展。成果以“Monitoring battery electrolyte chemistry via in-operando tilted fiber Bragg grating sensors”為標題發表於Energy & Environmental Science期刊上(IF:38.53),第一作者為黃加强博士,通訊作者為郭團教授和Jean-Marie Tarascon教授(法國科學院院士、英國皇家學會外籍院士、歐洲科學院院士)。
該聯合團隊展示了傾斜光纖光栅(tilted fiber Bragg grating,TFBG)感測器可同時量測電池(18650型號)內部溫度和折射率變化,實現了對電池充放電過程中電解液和電解液的時空演變過程的實时原位檢測。該研究首次通過微粒誘導的光學散射和吸收效應實現電解液濁度高精度量測。利用TFBG可同時獲取電池內部溫度、電解液折射率和濁度資訊,為分析電化學反應路徑,準確評估電池容量衰减,提供了有效方法。
(Energy & Environmental Science期刊截圖)
電池是從傳統化石燃料向綠色新能源發展的重要儲能設備。在電動汽車日益普及和儲能電站加速建設的推動下,電池大規模使用引發的安全性和可靠性等問題成為各國政府和人們關注的焦點。現有的電池外部檢測科技集中在外部量測,主要通過電流、電壓和表面溫度來評估電池效能和安全性,無法實現電池內部覈心狀態資訊的直接獲取,不易發現電池內部安全隱患。探索可植入電池內部的原位檢測科技,為電池實際使用過程中提供實时精准檢測科技,已成為世界各國科研人員的研究熱點和難點。
為了解决上述問題,暨南大學郭團教授團隊和法國科學院院士Jean-Marie Tarascon教授團隊合作,聯合研製出面向電池內部電化學原位量測的傾斜光纖光栅多參量感測器。這一研究成果展示了傾斜光纖光栅原位、實时量測電解液狀態和電化學反應過程的可行性和準確性。以18650鈉離子電池為量測對象,研究證明了單個傾斜光纖光栅能够同時在電池內監測溫度、折射率和濁度資訊。並進一步利用時間分辨的折射率變化訊號,驗證了該科技評估電解液老化的可行方案。最後,該研究證明了這一科技可用於分析評估電池容量損失,從而為電池效能分析與安全狀態評估提供新手段。
上述研究獲得國家自然基金重點專案(62035006)和廣東省特支計畫科技創新領軍人才(2019TX05X383)的資助。
論文連結:
https://doi.org/10.1039/D1EE02186A