近日，暨南大学物理与光电工程学院研究员郭团、教授麦文杰团队与武汉大学教授方永进团队等合作，开发了一款可原位植入钠离子电池电极表面的紧凑型光纤电化学传感器。相关成果发表于《光：科学与应用》（Light：Science & Applications）。

钠离子电池界面离子动力学光纤传感概念。研究团队供图

钠离子电池凭借成本优势和可观的能量密度，正成为大规模储能领域的有力竞争者。然而，其商业化进程的关键瓶颈之一，在于对电极-电解液界面处钠离子嵌入/脱出动态过程的理解尚不充分。

目前，表征电极附近离子迁移的手段主要依赖离线拆卸或同步辐射等大型设备，难以捕捉实际工况下的瞬态变化；传统电化学检测方法受限于信号的间接性和非原位特性。同时，荷电状态（SoC）的精准估算是电池管理的核心难题——传统电压法在高、低SoC区域易受平台区非线性影响，且易受温度漂移和电池老化干扰，导致估算误差累积放大。因此，亟需一种能够从物理本质上实时解析界面离子行为并同步实现高精度SoC监测的原位传感技术。

该研究的核心突破在于开发了一款可原位植入钠离子电池电极表面的紧凑型光纤电化学传感器。传感器基于单根多谐振光纤光栅（MFG），通过精细衍射设计将光耦合至包层模式，在光纤外部产生亚微米级倏逝场并形成窄带光谱共振。这些共振谱线对电极-电解液界面处因离子传输及局部浓度波动引起的微小折射率变化（低至10^-6 RIU量级）高度敏感，响应速度达亚秒级，空间分辨率达亚微米级，为捕捉界面瞬态动力学提供了前所未有的时空分辨能力。

借助该传感器，团队首次解码了钠离子在电极界面的完整动态过程，捕捉到介于“吸附”与“扩散”之间的关键“中间态传输阶段”。研究发现，该中间阶段的持续时间与电极快充性能呈明显负相关——中间态“停留”越短，电池快速充电能力越强。通过对共振峰振幅时间导数的实时追踪，团队进一步绘制了不同充放电阶段下的离子传输速率演化图谱，为评估电极材料动态特性提供了新维度。

在SoC估算方面，该研究突破传统电学测量思路，建立了一种基于离子通量的光学实时积分SoC定量方法。由于共振振幅变化直接对应界面离子浓度变化，团队对折射率引发的振幅漂移进行时间积分，发现积分光强与电池SoC之间存在高度线性关系。这意味着SoC估算有望从依赖经验模型的拟合，简化为基于物理本质的直接光学读数，为未来商业电池管理系统引入实时光子监测模块奠定了重要基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02388-1