我院在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果
   
     
     

 

我院在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果
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我院在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果

 

 

           

图1. 等离子体共振光纤储能设备原位检测原理与系统图。(a)新型等离子体共振光纤传感系统(黑线)与传统电化学传感系统(红线);(b-e)等离子体共振光纤探针及超级电容器电极表面氧化还原材料微观显示图;(f)基于纳米尺度自由电子、离子局域密度场精确测量的等离子体共振光纤传感原理图

 

 

图2. 等离子体共振光纤传感器实现电极表面纳米尺度离子密度场原位测量示意图

 

 

图3. 该技术有望实现对新能源汽车超级电容器续航能力的实时终生检测 (Light: Science & Applications封面图)

 

        在国家优秀青年科学基金项目(项目编号:61722505)等资助下,我院郭团研究员和理工学院麦文杰研究员等人在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果,首次研制出高精度等离子体共振光纤电化学传感器,实现了储能设备带电工作状态下的实时、原位、多参量高精度检测,解决了困扰储能设备在线监测的瓶颈问题,这一技术将为再生能源储能设备的开发利用(电动汽车续航评估,太阳能、风电、潮汐等再生能源储能利用)提供全方位、全过程、终身监测方案。该成果以 “In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of the State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage”(面向再生能源储能电容原位检测的等离子体共振光纤传感技术)为题,于2018年6月6日在Light: Science & Applications(《光:科学与应用》)上发表,并被选为期刊封面论文。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-018-0040-y

        电化学储能设备(如超级电容器)等被认为是目前储能效率最高、最具发展前景的新型能量存储设备,被广泛应用于清洁电力、电动汽车、移动医疗、便携式电子设备等领域。如何准确监控超级电容器工作状态下的实时储能及健康状态,对于深入理解其工作机制、分析并解决其衰减老化原因具有重要意义,并且也可及时发现储能效率陡降的储能设备,避免续航能力中断带来的重大事故。电化学储能设备现有的测试技术主要包括循环伏安测试、恒流充放电测试等。这些技术均不具备实时在线监测的能力。近些年,科研人员也提出包括原位透射电镜或冷冻电镜等原位探测技术,但其检测设备体积庞大、价格昂贵,不宜在现场应用。

        为了解决上述问题,我院郭团研究员和理工学院麦文杰研究员等人发展了全新的等离子共振增强型倾斜光纤光栅超高灵敏传感技术。该技术将将能量高度密集的等离子体共振场汇聚于头发丝大小的光纤波导上,可实现对储能设备电极表面纳米尺度范围内的自由电子、离子局域密度场的超高精度检测,从而实时、原位检测储能设备的工作状态,实时读取储能设备工作状态下的电流、电势、电容、温度等重要工作参数信息,为使用者提供储能设备全面的健康状态信息。由于光纤体积小,可直接植入储能设备内部,实现终生检测。此外,利用光纤的超长距离传输能力,该技术也可解大洋潮汐、海洋风电、沙漠太阳能等超远距离、超大范围的远程遥测领域,为全球新能源的开发利用提供重要手段。

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