新传感器显示锂离子电池可以安全地充电5倍

新型传感器显示锂离子电池充电速度可提高5倍

这是锂电池温度传感器。WMG,华威大学

WMG的研究人员华威大学该公司开发了一种新的直接、精确的测试锂离子电池内部温度和电极电位的方法,发现电池可以以比目前建议的充电极限快5倍的速度安全充电。这种新技术可以在电池正常工作时进行原位工作,而不会影响其性能,并且已经在商用标准电池上进行了测试。这种新技术将使电池材料科学、灵活的电池充电速率、新电池材料/技术的热电工程等方面取得进展,并有可能帮助设计高性能应用的储能系统,如赛车和电网平衡。

如果电池过热,就有严重损坏的风险,特别是电解质,甚至可能导致危险的情况,电解液分解形成气体,这是可燃的,并导致显著的压力积累。阳极过充电会导致大量的锂电镀,形成金属树突,最终刺穿隔膜,导致阴极内部短路,随后发生灾难性故障。

为了避免这种情况,制造商根据他们认为是避免的关键温度和潜在水平的基础,规定了电池的最大充电率或强度。然而,直到现在电池中的内部温度测试(以及每个电极电位上的数据)已经证明是不可能的或不切实际的,而不会显着影响电池性能。

制造商必须依靠有限的外部仪器。这种方法显然无法提供精确的读数,该读数具有LED制造商在最大充电速度或强度上分配非常保守的限制,以确保电池不会受损或最坏情况受到灾难性的故障。

然而,华威大学WMG的研究人员已经开发了一系列新方法,可以直接、高度精确地监测各种形式和目的地的锂离子电池的内部温度和“每电极”状态。这些方法可以在电池正常工作时使用,而不影响其性能,并且已经在市售的汽车级电池上进行了测试。这种方法获得的数据比外部传感精确得多,WMG已经能够确定,目前市面上可用的锂电池充电速度至少是目前建议的最大充电速度的5倍。

WMG研究人员本月(2018年2月)在着名的情况下发表了他们的研究?Journal Electrochimica Acta在题为“了解使用仪器商业18650高能量锂离子电池的仪表迅速充电的限制”。

曾在这项研究领导的WMG研究员Tazdin Amietszajew博士说:

“这可能为赛车等领域带来巨大的益处,这将获得明显的利益,从能够推动性能限制,但它也为消费者和能源存储提供商创造了大量的机会。始终以牺牲整体电池寿命为代价的更快充电,但许多消费者欢迎在需要短途旅行时间时快速充电的能力,然后在其他时间切换到标准充电期间。在充电策略方面的灵活性甚至可能/进一步下行,帮助消费者从寻求使用连接到网格的车辆平衡网格供应的电力公司的财务激励措施中受益。“

“这项技术已准备好现在申请商业电池,但我们需要确保车辆上的电池管理系统,以及所投入电动车辆的基础设施,能够适应可变的充电率,包括这些新的更精确调整的可变充电率个人资料/限制“

该技术WMG研究人员已经开发了这种新的直接原位电池传感,采用微型参考电极和光纤布拉格光栅(FBG)穿过定制应变保护层。在纤维上施加氟化乙烯丙烯(FEP)的外壳,从腐蚀性电解质中加入化学保护。结果是一种可以直接接触电池的所有关键部件,并且在电池操作期间造成电气,化学和机械应力的耐受,同时仍然能够实现精确的温度和潜在读数。

WMG副教授Rohit Bhagat博士也是本文的一名研究人员:

“该方法给了我们一种新颖的仪器设计,用于商业18650Cells,可最大限度地减少对细胞几何形状的不利和预先不可避免的改变。该装置包括与光纤温度传感器耦合的原位参考电极。我们相信,也可以在袋细胞中开发类似的技术。“

“我们在WMG的研究小组一直在研究解决这个问题的一系列技术方案,这只是我们发表的第一个。我们希望在明年发表我们关于应对这一挑战的其他创新方法的工作。”

发表:Tazdin Amietszajew等人,“理解使用商用18650高能量锂离子电池快速充电的局限性”,《电化学学报》,第263卷,2018年2月10日,第346-352页;doi: 10.1016 / j.electacta.2018.01.076

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