Создан простой метод измерения состояния литий-ионных аккумуляторов

Аккумуляторы лежат в основе многих современных технологий, включая, например, более широкое использование возобновляемых источников энергии. В частности, они используются для питания электромобилей, мобильных телефонов и ноутбуков. Ученые из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) и Института Гельмгольца в Майнце (HIM) в Германии представили бесконтактный метод определения состояния заряда и любых дефектов литий-ионных аккумуляторов. Для этой цели атомные магнитометры используются для измерения магнитного поля вокруг элементов батареи. Профессор Дмитрий Будкер и его команда обычно используют атомную магнитометрию для изучения фундаментальных вопросов физики, таких как поиск новых частиц. Магнитометрия – это термин, используемый для описания измерения магнитных полей. Одним из простых примеров его применения является компас, который магнитное поле Земли заставляет указывать на север.

Бесконтактный контроль качества батарей с использованием атомных магнитометров

Спрос на аккумуляторы повышенной емкости растет, как и потребность в чувствительной, точной диагностической технологии для определения состояния элемента батареи. Успех многих новых разработок будет зависеть от того, будут ли производиться батареи, способные обеспечить достаточную емкость и длительный эффективный срок службы. “Обеспечение качества перезаряжаемых батарей является серьезной проблемой. Бесконтактные методы могут потенциально дать новый стимул для улучшения работы батарей”, – сказал доктор Арне Уикенброк, член рабочей группы профессора Дмитрия Будкера в Институте физики JGU и Институт Гельмгольца Майнц. Группа достигла прорыва, используя атомные магнитометры для проведения измерений. Идея возникла во время телеконференции между Будкером и его коллегой профессором Алексеем Йершоу из Нью-Йоркского университета. Они разработали концепцию и, в тесном сотрудничестве между двумя группами, провели соответствующие эксперименты в Майнце.

“Наша техника работает практически так же, как магнитно-резонансная томография, но она намного проще, потому что мы используем атомные магнитометры”, – сказал Уикенброк, который является частью команды, проводящей исследования. Атомные магнитометры – это магнитометры с оптической накачкой, которые используют атомы в газообразной форме в качестве зондов для магнитного поля. Они имеются в продаже и используются в промышленных приложениях, а также в фундаментальных исследованиях. Группа Будкера в JGU и HIM, которая также разрабатывает собственные усовершенствованные магнитные датчики, использует эти атомные магнитометры для фундаментальных исследований в физике, таких как поиск темной материи и попытки разгадать загадку, почему материя и антивещество не уничтожили друг друга после Большого взрыва.

Простой метод обеспечивает быстрые и высокопроизводительные измерения

При измерении показаний батареи, ее помещают в фоновое магнитное поле. Батареи изменяют это фоновое магнитное поле, и изменение измеряется с помощью атомных магнитометров. “Изменение дает нам информацию о состоянии заряда батареи, о том, сколько заряда осталось в батарее, и о возможном повреждении”, – добавил Уикенброк. – “Процесс быстрый и, по нашему мнению, может быть легко интегрирован в производственные процессы”. Периодические сообщения о серьезных травмах в результате взрыва электронных сигарет и ограничений на использование определенных типов мобильных телефонов в самолетах показывают, что существует необходимость обнаружения дефектов в элементах батареи.

“Диагностическая сила этого метода является многообещающей для оценки клеток в исследованиях, для контроля качества или во время работы”, – заявили авторы в своей недавней статье PNAS. Летом прошлого года эта же рабочая группа организовала два мероприятия по прикладной атомной и ядерной физике с международным участием на высоком уровне. Около 200 исследователей со всего мира обратились к актуальным вопросам атомной магнитометрии и других методов квантовых измерений.

По материалам Techxplore