理大与法国国家科学研究中心、麻省理工学院和加拿大达尔豪斯大学,加入了由法兰西公学院领导的国际研究团队,共同研发新一代便携式储能系统。该研究指出,新一代更高效电池的出现指日可待。

 

该研究名为「透过光学传感器对商用钠锂离子电池中的化学和耐热功能进行动态现场原位解码 」,已於2020年8月24日在权威国际期刊《自然能源》(Nature Energy)上发表。

 

虽然现时的商用电池组配备温度传感器,但这些传感器非直接置於每个电池上。法兰西公学院教授兼研究团队的资深作者Jean-Marie Tarascon教授解释:「由於传统的传感器配置方式无法让我们得知电池内部的实际情况,导致电池管理系统(BMS)只能以非常保守的方式运作,效率亦会降低。」

 

研究团队将「布拉格光纤光栅」(FBG)传感器直接置入18650格式电池(商用电池的标准),这个方法令电池管理系统的表现取得突破性进展。透过内置FBG传感器,电池管理系统在以下两方面的表现得到提升:首先,传感器能够收集低杂讯、清晰的光学信号;此外,利用先进的信号分析,得以解构电池内部的热力学和化学现象。

 

将光学传感器放於更好的位置,不仅能即时监测到电池内部和表面的温度,更可以直接准确地计算出电池的热量产生及传递速度。由於光纤传感器安装位置改变,新型电池管理系统的性能得以改良,令电池储能系统的表现能进一步迈向其理论极限。

 

生产更有效的电池

在此项研究中,FBG传感器是电池管理系统的关键组件之一。FBG传感器由理大光电子讲座教授及电机工程学系系主任谭华耀教授,与同系的博士后研究员Julien Bonefacion博士及副教授Steven Boles 博士,一同於理大的光电研究中心研发。

 

谭教授表示:「这项研究成功融合电池科学与光纤传感工程,让项目在技术与科学上取得了长足的进展。FBG的化学稳定性和规模化生产潜力,尤其适合在能源行业开拓更多崭新的应用方法。」

 

展望未来的应用方法,这种技术具有很大的拓展潜力。与此同时,团队亦已着手研究其他储能设备,例如硷性电池、燃料电池和超级电容器,以及将技术应用於光催化和水分解制氢技术等重要领域之上。