锂离子电池热失控早期通常伴随SEI膜分解和气体释放,而电压、外壳温度等传统BMS指标往往存在响应滞后。H2具有低分子量和高扩散系数,能够更早穿透电池壳体并被外部传感器捕获,因此是热失控早期预警的重要信号。ZnO基金属氧化物半导体传感器具备高灵敏度和良好光电特性,但纯ZnO存在比表面积有限、氧空位不足、载流子复合快等问题;如何在低温下实现ppb级H2快速响应,是面向电池安全监测的关键挑战。
本文以电纺ZnO纳米纤维为基础,通过AgNO3浸渍、焦耳热冲击和紫外光激发构建 Ag 负载ZnO纳米纤维 H2 传感器(J-ZA sensor)。焦耳热可在约 1300 °C、0.3s的超短热冲击中将Ag前驱体快速还原为Ag纳米颗粒,并在 ZnO中引入位错缺陷和氧空位;紫外激发则通过产生光生电子、抑制电子-空穴复合和强化 Ag/ZnO 界面电荷转移,进一步放大传感响应。最终器件在 UV 照射下对H2的响应值达到 29.8,检测限低至600ppb,响应/恢复时间为6/5 s,并可在软包电池鼓包前 45.02 s 发出安全预警。
展示了材料与器件的整体设计:先通过电纺和500 °C 煅烧制备ZnO纳米纤维,再经 AgNO3 浸渍和1300°C/0.3 s 焦耳热冲击得到 Ag 负载 J-ZA 纳米纤维。传感器被集成到 BMS 辅助监测平台中,用于捕获电池异常早期释放的 H2,从而补足电压和温度信号的预警延迟。
电池防护研习社
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