王青松和郭团在锂电池热失控预警领域取得重大突破

暨南大学中国科技大学王青松和郭团在锂电池热失控预警领域取得了重大突破。

文/NE-SALON新能源集团

近年来，随着新能源产业的发展，储能产业也发展迅速，伴随着储能安全问题。8月25日，国家消防救援局科技部(东区)主任张全灵在一次研讨会上表示:“以电化学储能为代表的新产业的发展带来了新的安全问题。近年来，国际和国内发生了80多起储能电站安全事故，引起了全世界的广泛关注。”

01. 孙金华院士：储能电站每年发生事故的概率约为6。‰

根据欧盟科学院院士、中国科技大学教授孙金华提供的数据，截至2022年底，中国有772个储能电站超过500kWh，运行中有472个，公开报道了3起火灾。储能电站每年发生事故的概率约为千分之六，火灾事故发生率仍处于较高范围。

天津消防研究所应急管理部副所长鲁志宝也提到，近年来，不同形式的储能发生了安全事故，储能安全技术的研发需求最为迫切。热失控是大多数电化学储能事故的罪魁祸首，是制约电动汽车和新型储能规模发展的瓶颈。电池热失控的根源是电池内部一系列复杂而相互关联的系列“链式副反应”，这使得电池内部温度迅速升高，可达800℃以上，导致电池起火爆炸。因此，有必要深入了解锂离子电池热失控的演变机制，并提出早期预警策略，防止爆炸事故的发生。

02、一次学术会议的相遇，或将促进储能的大发展

近日，来自中国科技大学的王青松研究员和暨南大学的郭团研究员在该领域取得了重大突破。相信电池行业的人都听说过王青松教授，但是研究光纤传感的郭团教授是如何与储能安全联系起来的呢？

据报道，他们在一次学术会议上相遇。听了王青松关于电池热失控的演讲后，郭团立即有了一个新的想法。他认为光纤传感技术可以监测电池的内部状态，从而在电池热失控领域发挥重要作用。因此，郭团于2020年前往国家火灾科学重点实验室，与王青松进行了深入交流，详细阐述了光纤传感的原理、特点和应用领域。

在这次交流中，他们共同发现光纤传感在电池热失控领域存在明显的研究差距。这一发现使双方兴致勃勃，决定立即合作研究光纤传感监测电池热失控的内部状态。不久之后，王青松团队前往暨南大学，在电池钻孔和循环过程中开始内部温度测试。

然而，由于2020年的疫情，原计划的实验被迫推迟。尽管如此，双方还是在各自的领域不懈努力。郭团队开始开发适合电池内部的温度和压力传感器，而王逐渐熟悉电池打孔操作，确定了热失控实验方案。

最后，2021年10月，王青松研究小组的博士生带着电池和必要的设备前往暨南大学，成功完成了18650电池的钻孔操作，并嵌入了光纤温度传感器。他们还成功地测量了电池内部的温度。

本研究的关键是提出了一种耐高温光纤光栅传感器，成功监测了不同倍率充放电过程中电池内外温度的差异。这一重要成果于2022年发表在measurement杂志上。这不仅是双方合作的第一个成果，也为未来的热失控研究奠定了坚实的基础。

03、小型光纤，给锂电池量“体温”

据了解，光纤与锂离子电池相结合的研究始于2013年，葡萄牙阿威罗大学的研究团队首次提出并应用光纤技术来监测锂离子电池的内部温度。这标志着在过去的十年里，全球学术界一直在不懈努力探索如何使用光纤来监测电池的内部特性，包括温度、压力、应变等。

然而，没有研究人员开始研究热失控领域。这是因为当电池发生热失控时，内部压力可以达到2MPa，温度可以达到500到800摄氏度。在如此高温高压的环境下，光纤信号经常中断，导致无法获取电池内部温度和压力的数据。

而经过王青通过松和郭团队的共同努力，最终制备了套管保护的光纤，既保证了内部信号传输，又解决了光纤易断裂的问题。

王青松解释说：“该高精度光纤传感器的总长度为12mm，直径为125mm，可轻松植入商用18650电池，实时监测热失控期间电池内部温度和压力的变化。” 与现有的外部监测技术相比，内部光纤传感技术更实时、更灵活，能够实时监测和发出预警信号。”

此外，通过分析压力和温度的变化率，王青松和郭团的团队首次发现了电池热失控早期预警区间的温度和压力变化率的转折点。该发现适用于不同电量的电池，可发生在电池中“不可逆反应”以前发出预警信号，确保电池的后续安全使用。这项研究成果已经在Nature中取得 在Comunications上发表。

目前，研究团队正在积极与电池制造商合作，希望在电池制造过程中植入光纤传感器，避免对电池造成二次损坏，加快光纤传感器技术在储能和新能源汽车电池管理系统中的应用。该创新技术的发展不仅将提高电池的性能和安全性，而且还将给锂行业带来革命性的变化。

【个人简介】

王青松，1977年11月出生于河南，毕业于中国科技大学。现为中国科技大学国家火灾科学重点实验室研究员，中国储能委员会储能技术委员会系统设备分会执行董事。主要研究方向是锂离子电池火灾动力学机制、锂离子电池火灾防治技术、新能源汽车、电化学储能、光伏、风电等新能源系统的消防解决方案。

郭团出生于1979年，2001年和2004年在西安石油大学电子工程系获得学士学位和硕士学位；2007年在南开大学现代光学研究所获得博士学位。从2007年到2008年，我在加拿大卡尔顿大学从事博士后研究；从2008年到2010年，我在香港理工大学从事博士后研究。2010年11月加入暨南大学光子技术研究所，担任副教授；2014年晋升为研究员。主要从事生物光子学、光纤传感、光子器件等领域的研究。暨南大学国华杰出学者是国家优秀青年科学基金获得者、广东省特支计划科技创新领军人才。来源：NE-新能汇GSALON 

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