理大與法國國家科學研究中心、麻省理工學院和加拿大達爾豪斯大學,加入了由法蘭西公學院領導的國際研究團隊,共同研發新一代便攜式儲能系統。該研究指出,新一代更高效電池的出現指日可待。

 

該研究名為「透過光學傳感器對商用鈉鋰離子電池中的化學和耐熱功能進行動態現場原位解碼 」,已於2020年8月24日在權威國際期刊《自然能源》(Nature Energy)上發表。

 

雖然現時的商用電池組配備溫度傳感器,但這些傳感器非直接置於每個電池上。法蘭西公學院教授兼研究團隊的資深作者Jean-Marie Tarascon教授解釋:「由於傳統的傳感器配置方式無法讓我們得知電池內部的實際情況,導致電池管理系統(BMS)只能以非常保守的方式運作,效率亦會降低。」

 

研究團隊將「布拉格光纖光柵」(FBG)傳感器直接置入18650格式電池(商用電池的標準),這個方法令電池管理系統的表現取得突破性進展。透過內置FBG傳感器,電池管理系統在以下兩方面的表現得到提升:首先,傳感器能夠收集低雜訊、清晰的光學信號;此外,利用先進的信號分析,得以解構電池內部的熱力學和化學現象。

 

將光學傳感器放於更好的位置,不僅能即時監測到電池內部和表面的溫度,更可以直接準確地計算出電池的熱量產生及傳遞速度。由於光纖傳感器安裝位置改變,新型電池管理系統的性能得以改良,令電池儲能系統的表現能進一步邁向其理論極限。

 

生產更有效的電池

在此項研究中,FBG傳感器是電池管理系統的關鍵組件之一。FBG傳感器由理大光電子講座教授及電機工程學系系主任譚華耀教授,與同系的博士後研究員Julien Bonefacion博士及副教授Steven Boles 博士,一同於理大的光電研究中心研發。

 

譚教授表示:「這項研究成功融合電池科學與光纖傳感工程,讓項目在技術與科學上取得了長足的進展。FBG的化學穩定性和規模化生產潛力,尤其適合在能源行業開拓更多嶄新的應用方法。」

 

展望未來的應用方法,這種技術具有很大的拓展潛力。與此同時,團隊亦已着手研究其他儲能設備,例如鹼性電池、燃料電池和超級電容器,以及將技術應用於光催化和水分解制氫技術等重要領域之上。