2024-10-16
各学院(部)：
为更好开展新工科毕设项目，提升项目质量和水平，“光纤锂电池多模态原位传感机理和热失控早期精准感知关键技术研究”新工科毕业设计项目现面向全校教师和毕业班学生进行招募。现将有关事项通知如下。
一、项目背景、目的及意义
以锂电池为代表的新能源设备的长期、稳定、安全运行，对现代能源体系构建，推动能源高质量发展至关重要。本项目拟开发新的锂电池多模态原位传感方案，通过对锂电池光纤多模态信号快速提取方法进行深入研究，构建多模态信号关联特性，并研究热失控产生机理及演化过程，实现锂电池热失控机理的研究以及早期感知预警，具有重要的研究意义和应用价值。
二、项目已具备的条件
项目组前期主要在光纤共振型原位传感机理与传感器制备技术方面开展研究工作，进行了基于MEMS技术的光纤法珀传感器及解调方法研究，实现了对外界环境温度、压力、折射率等多参数的精准测量。掌握了混叠复合干涉光场信号分离、双参量交叉敏感模型构建、双参量解耦等方法。针对300℃以上高温环境下压力测量需求，基于全硅和全蓝宝石MEMS光纤法珀压力传感器，结合基于自补偿相位快速解调方法，实现宽温区动态压力实时测量。为锂电池热失控过程中内部复杂环境下的温度、压力、氢气实时测量提供了有效途径。
三、项目期限与目标
项目整体期限为2年，预期分为两个阶段。
本项目将在前期研究基础上对锂电池光纤多模态信号快速提取方法进行深入研究，构建多模态信号关联特性，并研究热失控产生机理及演化过程，实现锂电池热失控精准早期预警。预期研究成果可运用于锂电池科学相关的应用和基础研究中，为锂电池状态特性检测、性能监测提供重要的理论和技术支持，并促进光纤传感技术和电池科学研究的交叉结合。
四、项目主要方向及任务
主要方向1：光纤共振型原位传感机理研究与传感器制备
①光纤共振型原位传感机理与模型构建
建立光纤共振型敏感元件光场耦合模型，研究温度、压力、氢气敏感结构的设计及传感机理，优化各参量间的交叉灵敏特性，提升多模态下单一参量灵敏度与精度，构建不同状态下（正常运行、热失控等）的电池与光纤传感器的交互模型。
②光纤MEMS共振型传感器制备工艺研究
研究光纤MEMS复合法珀微腔晶圆级刻蚀、镀膜、键合制备工艺。针对锂电池热失控高温高压、强氧化还原性的特点，研究耐受性强、本征安全的封装技术，提升高温可靠性与长期稳定性。
主要方向2：锂电池光纤多模态信号快速提取方法
①复合法珀微腔干涉光谱快速解调研究
研究基于低相干干涉理论的光纤MEMS复合法珀微腔温度-压力双参量同步感知。基于游标效应的高灵敏度氢敏钯膜光程解调方法，研究不同钯膜镀层厚度对传统游标效应和高阶游标效应的灵敏度提升效果。
②双芯光纤时分-谱分复用参量扩展研究
研究物理参量（温度、压力）和化学参量（氢气）多光谱信号的分离提取方法，通过双芯光纤与时分复用、谱分复用技术结合实现参量扩展，完成对光纤温度压力物理信息和氢气浓度的区分以及参量同步立体感知。
主要方向3：热失控机理研究与多模态信号关联性分析
①热失控触发机理及特性研究
建立电滥用、热滥用、机械滥用多种条件下锂电池热失控触发机理，研究真实工况下热失控临界条件，探索热失控过程电化学反应特征。研究热失控全过程锂电池内部温度、气压、氢气含量演变特性。设计锂电池热失控实验方案，搭建热失控表征的实验装置。
②热失控多模态信号关联性分析
构建多种热失控触发方式下光纤锂电池原位多模态信号处理系统，精准提取单一信号响应特性，建立电化学参量、物理参量、光学参量之间的耦联关系。结合锂电池热失控的内部机理和外部特性，分析演变规律，提出光纤锂电池多模态信号精准早期感知策略。
主要方向4：光纤植入电池方法与热失控传感实验研究
①光纤传感器植入电池方法研究
研究电池内部腐蚀环境下传感器与数据链路长期耐腐蚀性能，保证传感器测量精度、瞬时响应速度的同时，提升其在极端环境下的长期稳定性，确保电池本体性能与传感器功能双重兼顾。
②热失控感知实验研究
研究不同热失控触发方式对锂电池安全性能的影响，分析不同热失控触发下的物理参量和化学参量的结果对比。从单体电池热失控试验到多场景热失控传播建模逐层递进开展研究，针对多场景下电池热失控传播行为及能量传递进行理论和实验研究。
五、招募要求：
拟招募选题学生的专业：精仪学院、微电子学院、材料学院
六、报名及联系方式：
相关课题细节以及其他未尽事宜请咨询项目组联系人：王双，联系方式：shuangwang@tju.edu.cn
欢迎各位同学踊跃报名，期待你的加入！
新工科毕设工作组
2024年10月16日