電池在可再生能源持續(xù)轉(zhuǎn)型的過程中發(fā)揮著不可替代的作用，特別是可充電鋰離子電池（LIB）日益成為消費(fèi)電子、電網(wǎng)、航空航天和電動(dòng)汽車等戰(zhàn)略新興行業(yè)的主導(dǎo)力量?；跓o機(jī)固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池（ASSB）可提供更高的安全性，更是下一代儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)有力的候選者。

隨著鋰離子電池廣泛在各領(lǐng)域應(yīng)用，其大規(guī)模使用引發(fā)的安全性和可靠性等問題也逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在電池充放電過程中電極產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)械應(yīng)力及其引起的電極材料體積變化是影響電池循環(huán)壽命的重要因素。目前，通過電化學(xué)透射電鏡、原子力顯微鏡等原位手段可以直觀地觀察到充放電過程中應(yīng)力所引起的電極材料形貌變化（如開裂、塌陷等），但在微觀尺度上，特別是對(duì)電池內(nèi)部的應(yīng)力變化檢測(cè)仍缺乏有效手段。探索可植入電池內(nèi)部的原位檢測(cè)技術(shù)，是當(dāng)前研究面臨的難點(diǎn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，法國(guó)科學(xué)院Jean-Marie Tarascon教授及其團(tuán)隊(duì)提出一種可用于監(jiān)測(cè)電池電極以及電極/電解液界面應(yīng)力的方法，利用光纖光柵（FBG）傳感器對(duì)含有液態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)的電池進(jìn)行非侵入性地測(cè)量，從而獲取與電池內(nèi)部應(yīng)力變化相關(guān)的信息。該研究在微觀尺度下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電極材料在電化學(xué)儲(chǔ)能過程中內(nèi)部應(yīng)力變化的測(cè)量，對(duì)推動(dòng)高能量密度、高循環(huán)壽命電池的研究意義重大。該研究成果已發(fā)表于Nature Communications期刊。

Jean-Marie Tarascon教授是發(fā)明聚合物鋰離子電池（PLB）的鼻祖，他開創(chuàng)了將軟包裝材料應(yīng)用于鋰電池的先例，從而使聚合物鋰離子電池成為當(dāng)前主流電池產(chǎn)品之一。

在此次研究中，Jean-Marie Tarascon教授及其團(tuán)隊(duì)利用FBG傳感器對(duì)含有液態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)的InLix和LixSi電極中鋰驅(qū)動(dòng)的應(yīng)力變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并展示了FBG傳感器在各種全固態(tài)電池裝置（InLix | Li3PS4 | Li4Ti5O12或InLix | Li3PS4 | InLix）中不同位置的工作場(chǎng)景。借助經(jīng)驗(yàn)和理論模型的數(shù)據(jù)分析，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)電極和界面上的應(yīng)力變化情況進(jìn)行了分析評(píng)估。

實(shí)驗(yàn)裝置及FBG傳感器工作原理；InLix ||鈦酸鋰（LTO）液態(tài)電解質(zhì)電池中鋰驅(qū)動(dòng)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

InLix | LPS | LTO全固態(tài)電池中鋰驅(qū)動(dòng)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

對(duì)稱InLix | LPS | InLix全固態(tài)電池裝置中鋰驅(qū)動(dòng)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

利用放置在InLix電極和固態(tài)電解質(zhì)LPS之間界面上的FBG傳感器，研究團(tuán)隊(duì)成功地監(jiān)測(cè)到了電極的應(yīng)力變化。通過監(jiān)測(cè)電池循環(huán)過程中的光學(xué)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)且與電壓曲線相關(guān)聯(lián)，在電極水平上定量地獲取到了鋰驅(qū)動(dòng)的局部應(yīng)力變化，證明了這種原位表征技術(shù)對(duì)全固態(tài)鋰離子電池局部靈敏度十分有益，而這在具有外力傳感器的全固態(tài)鋰離子電池中從未實(shí)現(xiàn)過。此外，研究團(tuán)隊(duì)還成功區(qū)分了納米和微米硅顆粒對(duì)鋰離子吸收的電極行為，并分析了電極孔隙率對(duì)顆粒膨脹的重要性。

Jean-Marie Tarascon教授及其團(tuán)隊(duì)稱，F(xiàn)BG傳感器在監(jiān)測(cè)局部機(jī)械應(yīng)力方面具有巨大潛力，不過，要精確地確定復(fù)合電極等機(jī)械復(fù)雜系統(tǒng)中應(yīng)力的起源和變化，未來還需要開展大量研究工作，包括不斷優(yōu)化電池硬件設(shè)計(jì)以使FBG傳感器更容易地集成和定位在電池組件內(nèi)，此外，還要進(jìn)一步加強(qiáng)鋰驅(qū)動(dòng)的材料機(jī)械性能（如楊氏模量）變化的理論研究，以更深入地解釋觀察到的應(yīng)力變化。

原文標(biāo)題：光纖光柵傳感器“問診”電池：非侵入性應(yīng)力測(cè)量

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