重大突破！两位学术大牛联手攻克储能安全顽疾

中科大的王青松和暨南大学的郭团，在锂电池热失控预警领域取得了重大突破。

文/NE-SALON新能荟小编团

近年来，随着新能源产业的发展，储能行业也快速发展起来，伴随而来的即是储能安全问题。8月25日，国家消防救援局科技处（东区）处长张全灵在一场研讨会上表示“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，国际和国内发生的储能电站安全事故达到80余起，引起全球广泛关注。”

01. 孙金华院士储能电站每年发生事故的概率约为6‰

欧盟科学院院士、中国科学技术大学教授孙金华提供的数据显示截至2022年底，我国500kWh以上的储能电站772座，运行中472座，公开报道火灾3起，储能电站每年发生事故的概率约为千分之六，火灾事故发生率还处在一个比较高的范围。

应急管理部天津消防研究所副所长鲁志宝同样提到，近年来不同形式的储能均发生了安全事故，储能安全技术研发需求最迫切。热失控是绝大多数电化学储能事故的元凶，它是制约电动汽车与新型储能规模化发展的瓶颈。导致电池热失控的根源是电池内部一系列复杂且相互关联的“链式副反应”，这使得电池内部温度快速提升，可高达800℃以上，从而引发电池起火爆炸。因此，亟须深入理解锂离子电池热失控演变机制，并提出早期预警策略，防止爆炸事故的发生。

02、一场学术会议的邂逅，或将推动储能大发展

近日，来自中科大的王青松研究员和暨南大学的郭团研究员，便在该领域取得了重大突破。对于王青松教授，相信各位电池行业人士都有所耳闻，但是研究光纤传感的郭团教授怎么就和储能安全联系在一起了呢？

据悉，二人相识于一场学术会议，在听完王青松关于电池热失控的演讲后，郭团立刻产生了一个新的思路，他认为光纤传感技术可以监测电池内部状态，从而在电池热失控领域发挥重要作用。于是，郭团于2020年前往火灾科学国家重点实验室，与王青松展开深入的交流，详细阐述了光纤传感的原理、特征以及应用领域。

在这次交流中，他们共同发现电池热失控领域在光纤传感方面存在明显的研究空白。这一发现让双方兴致勃勃，决定立刻合作开展光纤传感监测电池热失控内部状态的研究。不久之后，王青松团队前往暨南大学，开始进行电池打孔和循环过程中内部温度测试。

然而，由于2020年的疫情原因，原计划的实验被迫推迟。尽管如此，两方一直在各自领域不懈努力。郭团的团队着手研发适用于电池内部的温度和压力传感器，而王青松则逐渐熟悉电池打孔操作，同时确定了热失控实验的方案。

终于，2021年10月，王青松的课题组博士生携带电池和必要设备前往暨南大学，成功完成了对18650电池的打孔操作，并将光纤温度传感器嵌入其中。在电池不同倍率的循环过程中，他们也成功测量了电池内部的温度。

这项研究的关键在于他们提出了一种耐高温的光纤光栅传感器，利用飞秒激光制备，成功监测到了电池在不同倍率充放电过程中内外部温度的差异。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，也为未来热失控研究奠定了坚实的基础。

03、小小光纤，给锂电池量量“体温”

据了解，光纤与锂离子电池结合的研究起初始于2013年，由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内部温度。这标志着在过去的十年里，全球学界一直在不懈努力，探索如何使用光纤来监测电池的内部特性，包括温度、压力、应变等等。

但是，热失控领域却一直没有研究者着手研究。这是因为在电池发生热失控的情况下，内部压力可以高达2MPa，温度也能达到500至800摄氏度。在如此高温高压的环境下，光纤信号常常会中断，这就导致无法获取电池内部温度和压力的数据。

而经过王青松和郭团团队的共同努力，一款通过套管保护的光纤最终被制备，这既保证了内部信号传输，也解决了光纤易断的问题。

王青松解释说“这款高精度光纤传感器的总长度为12毫米，直径为125毫米，可以轻松植入商业18650电池，实时监测电池在热失控期间的内部温度和压力变化。” 与现有的外部监测技术相比，内部光纤传感技术更具有实时性和灵活性，可以实时监测并发出预警信号。”

此外，王青松和郭团的团队还通过分析压力和温度的变化速率，首次发现了电池热失控早期预警区间的温度和压力变化速率的转折点。这一发现适用于不同电量的电池，可以在电池发生“不可逆反应”之前发出预警信号，确保了电池的后续安全使用。这一研究成果已经在Nature Communications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，从而避免对电池造成二次破坏，加速光纤传感技术在储能和新能源汽车电池管理系统中的应用进程。这一创新技术的发展将不仅提高电池的性能和安全性，还有望为锂电行业带来革命性的变革。

【个人简介】

王青松，1977年11月出生于河南，毕业于中国科学技术大学，现为中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室研究员，中国区储能委员会储能技术委员会系统与装备分委会常务理事。主要研究方向为锂离子电池火灾动力学机理、锂离子电池火灾防控技术，为新能源汽车、电化学储能、光伏、风电等新能源系统消防解决方案。

郭团，1979年出生，2001年和2004年在西安石油大学电子工程系获得学士和硕士学位；2007年在南开大学现代光学研究所获得博士学位。2007年-2008年，在加拿大卡尔顿大学从事博士后研究；2008年至2010年，在香港理工大学从事校聘博士后研究。2010年11月加入暨南大学光子技术研究所，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、光子器件等领域研究。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，暨南大学国华杰出学者。来源NE-SALON新能荟G

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