厦门大学大学生团队：为电池检测安“透视眼”和“电子鼻”

中青报·中青网记者 杨宝光

如何在不破坏电池的条件下看到电池内部状况，是提前预估电池健康水平的关键，更是防范新能源电池安全事故的必然选择。

2025年4月，在接下中国青年科技创新“揭榜挂帅”擂台赛“储能电池在线/无损电解液表征技术研究”课题前，夏萌和团队就一直关注着这个难题。

近年来，随着全球对可再生能源的依赖日益增加，储能市场对大容量电池需求不断提升。电解液的消耗对电池寿命性能和寿命预测评估至关重要。因此，如何准确评估电解液在实际运行过程中的状态成为当前急需解决的问题。

夏萌所在的双境探微团队来自厦门大学化学化工学院。“之所以选择接下这个课题，一方面是受学校团委和学院的鼓励与支持，另一方面这个课题与我们团队的研究密切相关。”夏萌说。

团队虽然长期专注电化学和物理化学研究，但想要精准探索电池内部信息并不是件容易的事。当前常见的电解液分析方法，比如拆解离心甩液、质谱检测等都是非原位且破坏性的手段，取样过程中电解液的分布变化和暴露环境下的挥发，都极大影响对储能电池“寿命”的真实评估。“现有的原位无损电解液表征手段，如光纤传感器等因技术成熟度不足和工艺不稳定而无法广泛推广应用。”夏萌补充说。

“揭榜挂帅”赛题的核心要求是分析锂电池内部电解液的组成、含量及其演变规律。“如果把电池比作人体的心脏，那么电解液就是输送能量的血液，电解液的黏稠度与分布情况，直接决定了电池的寿命和安全性。”他说。

事实上，电解液的流动状况与锂离子的运动规律紧密关联。如果电池内部出现局部电解液干涸，就会导致该区域的锂离子传输受阻，形成“堵车”。“锂离子无法正常迁移时，会在该处堆积并析出游离的金属锂，这会引发电池热失控、起火甚至爆炸。”他说。

基于此，团队提出了将中子成像技术和集成光纤气体传感技术双模态融合，为电池检测安上“透视眼”和“电子鼻”，从而看清电解液的运动规律和空间分布，并实时嗅探电解液分解产生的特征气体。

“课题组在光纤传感器领域开展了研究，发现将其植入电池后，能实时且误差较小地原位监测电解液副反应产气等现象。然而，光纤技术虽能探测气体演变，却无法评估电解液的剩余含量及其在电池内部的运动规律。”夏萌表示，在此基础上，团队引入了中子成像技术。凭借“中子具有强穿透能力，对氢元素和锂元素极为敏感，而电解液的主要溶剂正是含氢化合物，因此中子成像能够实现对电解液运动规律的高精度、高灵敏度监测。”夏萌补充说。

然而，技术融合的挑战在于“1+1可能小于2”。夏萌举例说，如果实验所用的电芯一致性不佳，两种方法得出的数据误差会显著增大，难以实现有效关联。为解决这一问题，团队主动与企业沟通，获取了它们工业化、标准化生产的高一致性的电芯。

团队成员分组进行中子成像部分、光纤传感部分的科研攻关，最后再进行系统集成与数据融合，正式提交了《中子-光纤双模态：锂电池电解液的多维工况无损诊断技术》项目。该技术能实现电解液总量和组分的无损工况监测，具有原位监测巨大优势，从技术、性能到应用三方面精准命中赛题各项关键需求。经过校团委、学院和团队师生的共同努力，项目最终成为“储能电池在线/无损电解液表征技术研究”课题擂主项目。

在参加“揭榜挂帅”的过程中，他观察到，当技术推向应用时，实际情况远比实验室环境复杂。实验室中可行的方案，在接受市场的检验时往往会遭遇诸多现实挑战，例如：光纤如何集成电芯模组、制造工艺稳定性、中子成像的成本等等，这些都是在实验室里可能被忽视的难点。“在试图解决这些实际问题的过程中，即便取得微小的进展，所带来的成就感都是非常真实的。这种源于实践的突破，可能比发表一篇学术论文更有意义。”夏萌说。

来源：中国青年报客户端