电动车自燃、储能电站爆燃、低温户外设备电池直接“罢工”......长久以来，锂电池安全与低温性能短板，始终制约着新能源产业稳步前行。电池一旦发生热失控，火情蔓延速度极快，传统散热、灭火手段往往难以应对，给群众生命财产安全埋下不小隐患。
清华大学合肥公共安全研究院先进材料研究中心很早就盯上了这块行业“硬骨头”。“锂电池火灾有着独特的电-热耦合特征，只靠改良传统材料治标不治本，我们决定换一条全新赛道，从超分子化学入手寻找突破口。”中心主任刘昊说，通过利用分子间氢键、卤键等超分子相互作用及协同，研发出本质安全低温电解液、全浸没阻燃冷却液和锂电池专用灭火剂等系列特色首创产品，一步步搭建起覆盖锂电池全使用周期的安全防护技术体系。
“目前储能电池系统大多搭载BMS电池管理系统，但这套系统存在短板，监测到异常信号时，电池往往已经出现故障。”刘昊解释说，我们将监测器件植入电芯中，内部一出现异常就能立刻传输预警信号。
“监测传感材料我们选用日常网线里的光纤，光纤信号传输速度快，感知和预警响应十分迅速。”刘昊介绍，相当于传统BMS系统，电池极早期故障预警时间提前30—60分钟，这多出的应急救援窗口期，对于消防处置至关重要。
如何保障电池内部材料不自燃、不爆炸？“我们研发了电芯内部安全材料——阻燃/不燃电解液。这为新能源电化学器件筑牢第一道防线。”刘昊解释道。
“第二道防线，也就是运行安全技术。我们需要保障电池在工作使用全程不会起火、爆炸。”刘昊继续说，“现有电池运行系统基本都是裸露在空气中，我们提出一种新思路：将电池整体浸泡在专用液体中。”
研发团队从分子结构设计与超分子自组装的角度出发，研制出了“超分子浸没式阻燃冷却液”产品，实现了对锂电池热失控具有良好冷却降温效果的同时，兼具独特、优异的阻燃功能。
面对电化学储能系统在热失控引时“致灾速度快、扑救难度大、灭火效率低”的行业痛点问题，研发团队依托卤键自识别的超分子特征，设计了一款超分子卤基烃类灭火药剂。
这个锂电池及其衍生灾害高效灭火剂就是第三道防线。
“传统灭火剂只能实现单一灭火作用，无法满足锂电池火灾的扑救需求。我们依靠各类分子间作用力，提升药剂阻燃元素的含量，提高药剂沸点，同时让药剂保持液态。”刘昊解释说，满足这三点，灭火剂就能实现导热、阻燃、淬灭自由基的多重效果。
目前，相关产品已成功应用于北京市核心区域消防支队、中关村新兴产业前沿技术研究院园区等。
2013年，合肥市与清华大学联合成立清华大学合肥公共安全研究院，十余年间，研究院已建成巨灾科学中心、桥梁安全、燃气监测、火灾预警等20多个科研实验平台，为城市安全运行管理提供强大技术支撑。通过科技赋能，运用大数据、云计算、传感设备等创新技术，为监测装上“探照灯”“千里眼”“顺风耳”，提升城市的安全风险防范能力和响应效率。
“研究院一直陪伴我们团队成长，不仅提供相应的资金支持，缓解研发阶段的经费压力，同时主动牵线搭桥，帮助对接产业资源、市场渠道，打通科研走向市场中间的堵点，为技术落地创造良好条件。”刘昊坦言，依托研究院的平台优势，团队少走了很多弯路，得以集中精力打磨核心技术。
“我们所有技术攻关的出发点，都是回应百姓的安全期盼。”刘昊说，希望把手里的科研成果真正转化出去，让科技落地，实实在在造福普通百姓。（记者 徐慧媛）
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