Et gennembrud for overvågning af energilagring på arbejdspladsen ved hjælp af optiske fibre

Et fiberoptisk registreringssystem udviklet af forskere i Kina og Canada kan kigge ind i superkapacitorer og batterier for at observere deres ladetilstand.

Vedvarende energikilder er naturligvis inkonsekvente, og dermed kræve nye energilagringsteknologier. Superkapacitorer tilbyder hurtig opladning og langtidsopbevaring, men det er vigtigt at kunne overvåge deres arbejdstilstand. For at løse dette problem, et team inklusive Tuan Guo og Wenjie Mai ved Jinan University tilpassede en tilgang baseret på en optisk fiberbaseret plasmonisk sensor. Sensoren er indlejret i kondensatoren og er i stand til at måle ladningstilstanden for elektroderne og elektrolytterne i realtid, under drift, og i løbet af dens levetid. Sensoren viser en klar og gentagelig høj korrelation mellem målinger af fiberenhedens optiske transmission og samtidig superkapacitors ladetilstand, tilbyder en unik, billig metode til overvågning i realtid af energilagringsenheder i drift.

Dette resultat er blevet offentliggjort i Lys:Videnskab og applikationer (11. juli kl. 2018), med en manuskript titel på "In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage."

Elektrokemiske energilagringsenheder (f.eks. Superkapacitorer) anses for at være den næste generation af energilagringsenheder med den højeste energilagringseffektivitet og meget lovende udsigter. De bruges meget i ren elektrisk strøm, elektriske køretøjer, mobil medicinsk, bærbare elektroniske enheder og andre felter. In situ og kontinuerlig overvågning er en vigtig metode til forståelse og evaluering af deres ydeevne og driftskvalitet. Imidlertid, de nuværende metoder kan ikke tilbyde oplysninger om realtidsladningstilstand, når energilagringsenhederne er i drift. De skal tage superkapacitorerne offline (dermed afbryde deres funktion) og udføre elektriske målinger, og i nogle tilfælde, åbner superkapacitorerne for at undersøge deres komponenter ved elektronmikroskopi.

For at løse denne grundlæggende udfordring, Prof. Guo og prof. Mai og deres kollega udviklede optiske fiberenheder, der var små nok til at kunne indsættes nær overfladen af ​​kondensatorelektroderne. Baseret på telekommunikationsfibre, de kan blive efterladt der og fjernovervågning når som helst og fra enhver afstand. Et andet vigtigt aspekt af deres tilgang er, at i modsætning til nuværende teknikker, der er afhængige af et indirekte estimat af ladetilstanden fra strøm-/spændingstest, de optiske fiberanordninger detekterer mængden af ​​ladning, der er akkumuleret i et lag af sub-mikrometer på elektroderne og den tilstødende elektrolyt direkte gennem dens påvirkning af de plasmoniske egenskaber af en nanometer-skala guldbelægning påført fiberoverfladen.

Det demonstrerede en klar og gentagelig høj korrelation mellem målinger af fiberenhedens optiske transmission og samtidige elektriske valideringsmålinger. Denne nye teknologi vil have vigtige konsekvenser for energileverandører, der er afhængige af vedvarende energikilder fra solen, vind og vandkraft til mindst en del af deres elnetbehov. Hovedimplikationen er, at defekte eller forringede kondensatorer vil blive identificeret, før der kan opstå katastrofale fejl, og at der ikke kræves nogen afbrydelse af elsystemer for at teste dem.