图为一个锂电池温度传感器(图片来源：华威大学工程学院)

沃里克大学工程学院的研究人员已经开发出一种新的直接精确测试锂离子电池的内部温度和电极电位的技术，并且发现该电池的安全充电速度是目前常用电池充电上限的五倍。

这项新技术在电池正常工作期间就地工作，不会妨碍其性能，并且已经在标准的市售电池上进行了测试。这种新技术将促进电池材料科学的进步，电池充电速率的灵活，新型电池材料/技术的热学和电气工程的发展，并有助于使得用于高性能应用的储能系统的设计保持平衡，例如赛车和电网等。

电池如果过热，就有可能严重损害电池，特别是损害电解液，甚至会造成电解质分解成气体的危险情况，产生的气体超过制造易燃物和造成很大的压力积聚所用的气体。阳极的过度充电会造成过多的锂电镀，从而形成金属树枝状结构并最终刺穿隔膜，导致与阴极发生内部短路，甚至发生灾难性故障。

为了避免这种情况，制造商根据他们认为的关键温度和电势水平来规定电池的最大充电速率或强度。然而，直到现在，在不明显影响电池性能的情况下对电池进行内部温度测试(以及获取每个电极的电势数据)证明是不可能的或不切实际的。

制造商不得不依赖有限的外部仪器。这种方法显然无法提供精确的读数，这导致制造商在最大充电速度或强度上分配非常保守的限额，以确保电池不被损坏或在最坏情况下遭受灾难性故障。

然而，华威大学工程学院的研究人员开发了一系列新方法，可以对各种规格和目标的锂离子电池进行直接，高精度的内部温度和“每电极”的状态监测。这些方法可以在电池正常工作期间使用，而不会妨碍其性能，并且已经在商用汽车级电池上进行了测试。通过这些方法获得的数据比外部传感得到的更精确，工程学院已经能够确定今天可用的商用锂电池的充电速度至少比目前常用的普通电池最高充电速度快五倍。

华威大学工程学院的研究人员Tazdin Amietszajew博士领导了这项研究。他说：“这可能给赛车等领域带来巨大的收益，尤其是在推动性能极限等方面可以获得巨大好处，同时它也为消费者和蓄能提供商创造了巨大的机会。更快的充电总是以牺牲电池整体寿命为代价的，但许多消费者都希望能在短时间内快速充电，然后把其他时间切换到标准充电时间。在可能甚至会进一步降低线路方面，充电策略的灵活性帮助消费者从电力公司寻求利用连接到电网的车辆平衡电网供应的经济激励中受益。这项技术现在已经可以应用于商业电池，但我们需要确保车辆上的电池管理系统以及电动车辆所投入的基础设施能够适应可变的充电速率，其中包括这些更精确调谐的配置文件或限额。”

工程学院的研究人员开发的这种新的直接原位电池传感采用微型参考电极和光纤布拉格光栅(FBG)技术穿过定制的应变保护层。把聚全氟乙丙烯(FEP)涂覆在添加腐蚀性电解质作为化学保护的纤维的外层。其结果是可以与电池的所有关键部件直接接触，并且能够承受电池工作期间产生的电，化学和机械应力，同时仍然能够实现精确的温度和电位读数。

工程学院的副教授Rohit Bhagat博士也是该论文的一位研究人员，他说：“这种方法为我们提供了一种用于商业18650电池的新型仪器设计，可最大限度地减少电池几何形状的不利变化和事先无法避免的变化。该装置包括一个原位参比电极和一个光纤温度传感器，我们相信类似的技术也可以用于开发袋装电池。“我们工程学院的研究小组一直致力于解决这个问题的一系列技术方案，这只是我们发表的第一篇文章，我们希望在明年内发表我们关于应对这一挑战的其他创新方法的文章。”