从智能手机到电动汽车，锂离子电池为各种设备供电，因此安全性已成为一个重大问题。虽然这些电池效率高、使用寿命长，但一旦出现问题，后果可能是灾难性的。

随着电动汽车的兴起，这个问题变得更加紧迫——仅在2021年，全球就有20多起电动汽车起火或爆炸与锂离子电池故障有关。

据外媒报道，在一项发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》的研究中，研究人员开发了一种新型传感器，可以帮助防止这些危险事件的发生。

图片来源：期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》

安全风险不断增加

“锂离子电池无处不在，”这项研究的主要作者、中国西交利物浦大学（XJTLU）  和英国利物浦大学的博士生Liangdan Zhao表示。“它们为从智能手机和笔记本电脑到电动汽车、军事应用等各种设备提供动力。虽然它们具有高能量密度和长寿命，但也存在很大的安全风险。”

当电池电芯过热或损坏时，挥发性电解质蒸汽可能会释放并着火，引发火灾或爆炸。因此，迫切需要开发不仅具有高灵敏度和选择性，而且成本低、易于集成且节能的气体传感器。

“我们的研究就是为了应对这一关键的安全挑战，”Zhao解释道。“通过专注于电解质泄漏的早期检测，我们的目标是为更安全的电池管理系统做出贡献，从而潜在地防止灾难性故障并提高锂离子电池供电技术的整体可靠性。”

气体泄漏的早期检测

新传感器可检测微量的碳酸乙烯酯（EC）蒸汽——电池电解质的关键成分，可在电池故障升级为灾难之前发出警报。

研究人员利用共价有机骨架（COF）开发出高灵敏度且经济高效的气体传感器，这种COF分子结构可以设计用于选择性检测特定气体。这是首次将基于COF的传感器的计算引导设计专门用于EC检测。

“我们利用计算方法筛选了数百种潜在材料，最终确定COF-QA-4为最佳候选材料，”Zhao表示。“它灵敏度高，选择性强，可以检测有害的EC气体，同时忽略其他蒸汽。该传感器可以在泄漏变得危险之前就检测到泄漏。”

该传感器在实验室测试中表现出色，能够检测到浓度低至1.15百万分率（ppm）的EC蒸汽。

增强各行业的安全性

研究人员表示，该传感器的潜在影响远远超出电动汽车。它还可以集成到智能家居设备和工业安全系统的电池管理系统中，提供危险气体泄漏的实时警报，并提供可以防止灾难性事故的预警系统。

“通过将这种传感器整合到现有系统中，制造商可以采取主动措施避免危险情况，”Zhao表示。“这可以通过在潜在故障升级之前就检测到它们来挽救生命并保护财产。”