近日，广东工业大学轻工化工学院刘全兵教授课题组与挪威科技大学Steven Boles教授团队合作，利用光纤布拉格光栅（FBG）传感器，实现了对镍锌电池在宽电压窗口循环过程中应变与温度的原位、高同步监测，揭示了从双电层行为到不可逆副反应的多尺度演化规律。相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
在可充电镍锌电池中，电极相变、离子迁移及析氢、锌枝晶生长等副反应直接影响电池的循环寿命与安全性。传统电化学表征手段难以同步获取电池内部的力学与热响应信号，限制了对失效机制的理解。FBG传感技术凭借高灵敏度、抗电磁干扰及可原位集成等优势，为电池内部多物理场监测提供了理想方案。
研究团队构建了FBG原位监测系统，系统分析了不同充电截止电压下镍锌电池的应变与温度演化。结果表明：在低电压区间（<1.86 V），电池表现出与双电层行为高度相关的可逆微小应变与温度变化，揭示了界面离子吸附与溶剂重排过程；在正常工作区间（1.86-1.875 V），应变与温度信号与锌的可逆沉积/溶出及正极相变过程高度同步，实现了对法拉第反应的精准追踪；在高电压过充区间（≥1.88 V），充电阶段应变与温度出现急剧、不可逆的上升，清晰反映了异常相变、析氢及锌枝晶生长等不可逆副反应的发生，为电池过充失效提供了早期预警信号。
该研究首次在镍锌电池中实现了从界面双电层行为到整体失效过程的多尺度原位监测，为高安全、长寿命锌基电池的机理研究与性能优化提供了新的表征手段与设计思路。
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