革命性感測器：防範鋰電池火災與爆炸的關鍵突破

隨著鋰電池廣泛應用於智慧型手機、筆記型電腦乃至電動車等領域，其安全性問題日益受到關注。雖然鋰電池具備高效能與長壽命的優勢，但一旦發生故障，後果往往不堪設想。特別是近年來電動車的普及，更讓此議題顯得格外迫切。根據統計，僅2021年全球就有超過20起電動車火災或爆炸事件與鋰電池故障有關。

為解決這一安全隱患，西安交通大學-利物浦大學（XJTLU）與利物浦大學的研究團隊在《ACS Applied Materials Interfaces》期刊發表了一項突破性研究，開發出一款新型感測器，可有效預防鋰電池相關的危險事故。

「鋰電池已深入我們生活的各個層面，」該研究的主要作者、西安交通大學-利物浦大學與利物浦大學博士生趙良丹表示，「從消費性電子產品到軍事應用，鋰電池無所不在。雖然它們提供高能量密度與長使用壽命，但也伴隨著巨大的安全風險。」

當電池單元過熱或受損時，易揮發的電解質蒸氣可能洩漏並引發火災或爆炸。因此，開發兼具高靈敏度、選擇性、低成本、易整合與節能特性的氣體感測器已成為當務之急。

「我們的研究正是基於這一關鍵安全挑戰，」趙良丹解釋道，「透過專注於電解質洩漏的早期偵測，我們希望為更安全的電池管理系統做出貢獻，從而預防災難性故障，並提升鋰電池技術的整體可靠性。」

這款新型感測器能夠偵測微量碳酸乙烯酯（EC）蒸氣——鋰電池電解質的關鍵成分——在潛在電池故障升級為災難之前發出警示。

研究團隊利用共價有機框架（COFs）開發出這款高靈敏度且具成本效益的氣體感測器。COFs是一種可被設計來選擇性偵測特定氣體的分子結構。這是首次將基於COF的感測器計算設計方法應用於EC偵測。

「我們透過計算方法篩選了數百種潛在材料，最終確定COF-QA-4為最佳候選者，」趙良丹表示，「它具備高靈敏度與選擇性，能夠針對有害的EC氣體進行偵測，同時忽略其他蒸氣。該感測器可在洩漏變得危險之前進行偵測。」

在實驗室測試中，這款感測器展現出卓越的效能，能夠偵測濃度低至百萬分之1.15（1.15 ppm）的EC蒸氣。

研究人員指出，這款感測器的潛在影響遠不止於電動車領域。它還可整合至智慧家庭裝置與工業安全系統的電池管理系統中，提供即時危險氣體洩漏警報，並作為早期預警系統，預防災難性事故的發生。

「透過將這款感測器整合至現有系統中，製造商可以採取主動措施避免危險情況，」趙良丹強調，「這將在潛在故障升級之前進行偵測，從而挽救生命並保護財產。」

該研究由西安交通大學-利物浦大學的丁立峰博士與董秋晨博士共同指導完成。