傳感器陣列可監測優化電池性能

科技日報柏林6月6日電 （記者李山）近日，德國弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所成功使用不同的傳感器來監控電池的內部狀態。藉助這些數據，研究人員改進了電池管理系統，優化了充電和放電過程以及電池模塊中單個電池的負載，從而顯著加快充電速度，並延長了電池的使用壽命。

頻繁的充放電和老化過程會損害電池的性能，縮短其使用壽命。深入研究這一過程，對提高電池性能和延長使用壽命意義重大。最近，弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所的科學家與合作伙伴一起，使用聲學、機械和熱傳感器，以及電化學阻抗譜來監控和測量電池。其中，超聲波傳感器發出的脈衝可以穿過不同的電池層，產生電池單元的聲波圖。如果電池在充電過程中膨脹或電極出現缺陷，就會影響信號的傳播。壓敏傳感器可以記錄某些組件在充放電期間如何改變其體積。熱傳感器則用來測量温度變化。電化學阻抗譜用於分析電極過程動力學、雙電層和擴散等。

所有傳感器數據都傳輸到電池管理系統並進行評估。藉助這些數據，並將真實數據與電池數據模型進行比較，研究人員能夠對真實電池狀況進行全面分析，並在電池進行放電和充電時更加優化地控制電流。一方面，可以獲得儘可能大的功率；另一方面，温和的過程可以使得相關的功能層（電池的陽極、陰極等）不會受到過大的壓力，這樣可以減少約20%的充電時間，延長電池的壽命。

通過監控電池並在運行期間主動控制電流，看似簡單的能量儲存器就可以變成一個智能電池，這對安裝了數百甚至上千個獨立電池的電動汽車電池組而言是非常值得的。

此外，研究人員開發的多功能傳感器陣列還可以更好地瞭解電池中複雜的電化學過程，並相應地調整電池管理。使用過程中的機械應力和自然老化過程會在電池敏感的內部留下痕跡。特別是石墨層破裂或電極產生枝晶等現象。它們不僅會削弱性能，在極端情況下，還會在電池中產生短路，從而導致電池起火。未來，該技術不僅會覆蓋電池產品的整個生命週期，還將被用於各種類型的電池，如鋰離子電池、固態電池或鋰硫電池等。