中國儲能網(wǎng)訊：如何在不破壞電池的條件下看到電池內(nèi)部狀況，是提前預(yù)估電池健康水平的關(guān)鍵，更是防范新能源電池安全事故的必然選擇。
2025年4月，在接下中國青年科技創(chuàng)新“揭榜掛帥”擂臺賽“儲能電池在線/無損電解液表征技術(shù)研究”課題前，夏萌和團(tuán)隊就一直關(guān)注著這個難題。
近年來，隨著全球?qū)稍偕茉吹囊蕾嚾找嬖黾樱瑑δ苁袌鰧Υ笕萘侩姵匦枨蟛粩嗵嵘?。電解液的消耗對電池壽命性能和壽命預(yù)測評估至關(guān)重要。因此，如何準(zhǔn)確評估電解液在實際運行過程中的狀態(tài)成為當(dāng)前急需解決的問題。
夏萌所在的雙境探微團(tuán)隊來自廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院?！爸赃x擇接下這個課題，一方面是受學(xué)校團(tuán)委和學(xué)院的鼓勵與支持，另一方面這個課題與我們團(tuán)隊的研究密切相關(guān)?！毕拿日f。
團(tuán)隊雖然長期專注電化學(xué)和物理化學(xué)研究，但想要精準(zhǔn)探索電池內(nèi)部信息并不是件容易的事。當(dāng)前常見的電解液分析方法，比如拆解離心甩液、質(zhì)譜檢測等都是非原位且破壞性的手段，取樣過程中電解液的分布變化和暴露環(huán)境下的揮發(fā)，都極大影響對儲能電池“壽命”的真實評估?！艾F(xiàn)有的原位無損電解液表征手段，如光纖傳感器等因技術(shù)成熟度不足和工藝不穩(wěn)定而無法廣泛推廣應(yīng)用。”夏萌補(bǔ)充說。
“揭榜掛帥”賽題的核心要求是分析鋰電池內(nèi)部電解液的組成、含量及其演變規(guī)律?！叭绻央姵乇茸魅梭w的心臟，那么電解液就是輸送能量的血液，電解液的黏稠度與分布情況，直接決定了電池的壽命和安全性?！彼f。
事實上，電解液的流動狀況與鋰離子的運動規(guī)律緊密關(guān)聯(lián)。如果電池內(nèi)部出現(xiàn)局部電解液干涸，就會導(dǎo)致該區(qū)域的鋰離子傳輸受阻，形成“堵車”?！颁囯x子無法正常遷移時，會在該處堆積并析出游離的金屬鋰，這會引發(fā)電池?zé)崾Э?、起火甚至爆炸?！彼f。
基于此，團(tuán)隊提出了將中子成像技術(shù)和集成光纖氣體傳感技術(shù)雙模態(tài)融合，為電池檢測安上“透視眼”和“電子鼻”，從而看清電解液的運動規(guī)律和空間分布，并實時嗅探電解液分解產(chǎn)生的特征氣體。
“課題組在光纖傳感器領(lǐng)域開展了研究，發(fā)現(xiàn)將其植入電池后，能實時且誤差較小地原位監(jiān)測電解液副反應(yīng)產(chǎn)氣等現(xiàn)象。然而，光纖技術(shù)雖能探測氣體演變，卻無法評估電解液的剩余含量及其在電池內(nèi)部的運動規(guī)律。”夏萌表示，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊引入了中子成像技術(shù)。憑借“中子具有強(qiáng)穿透能力，對氫元素和鋰元素極為敏感，而電解液的主要溶劑正是含氫化合物，因此中子成像能夠?qū)崿F(xiàn)對電解液運動規(guī)律的高精度、高靈敏度監(jiān)測?！毕拿妊a(bǔ)充說。
然而，技術(shù)融合的挑戰(zhàn)在于“1+1可能小于2”。夏萌舉例說，如果實驗所用的電芯一致性不佳，兩種方法得出的數(shù)據(jù)誤差會顯著增大，難以實現(xiàn)有效關(guān)聯(lián)。為解決這一問題，團(tuán)隊主動與企業(yè)溝通，獲取了它們工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的高一致性的電芯。
團(tuán)隊成員分組進(jìn)行中子成像部分、光纖傳感部分的科研攻關(guān)，最后再進(jìn)行系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)融合，正式提交了《中子-光纖雙模態(tài)：鋰電池電解液的多維工況無損診斷技術(shù)》項目。該技術(shù)能實現(xiàn)電解液總量和組分的無損工況監(jiān)測，具有原位監(jiān)測巨大優(yōu)勢，從技術(shù)、性能到應(yīng)用三方面精準(zhǔn)命中賽題各項關(guān)鍵需求。經(jīng)過校團(tuán)委、學(xué)院和團(tuán)隊師生的共同努力，項目最終成為“儲能電池在線/無損電解液表征技術(shù)研究”課題擂主項目。
在參加“揭榜掛帥”的過程中，他觀察到，當(dāng)技術(shù)推向應(yīng)用時，實際情況遠(yuǎn)比實驗室環(huán)境復(fù)雜。實驗室中可行的方案，在接受市場的檢驗時往往會遭遇諸多現(xiàn)實挑戰(zhàn)，例如：光纖如何集成電芯模組、制造工藝穩(wěn)定性、中子成像的成本等等，這些都是在實驗室里可能被忽視的難點?！霸谠噲D解決這些實際問題的過程中，即便取得微小的進(jìn)展，所帶來的成就感都是非常真實的。這種源于實踐的突破，可能比發(fā)表一篇學(xué)術(shù)論文更有意義。”夏萌說。
