reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© janaka dharmasena dreamstime.com_technical Technologie | 18 kwietnia 2018

Nanoczujniki od Insplorion do monitorowania stanu akumulatorów

Ochrona klimatu i zr贸wnowa偶ona polityka energetyczna to obecnie najwy偶sze priorytety dla ka偶dego kraju, dlatego przej艣cie na odnawialne 藕r贸d艂a energii jest dzisiaj konieczno艣ci膮. Akumulatory s膮 jednym z wa偶niejszych rozwi膮za艅 do zrealizowania tych cel贸w, szczeg贸lnie w dw贸ch obszarach obejmuj膮cych samochody i systemy magazynowania energii.
W obu tych sektorach technologia nanosensor贸w ma ogromne mo偶liwo艣ci wykorzystania. Takie czujniki mog膮 mierzy膰 poziom na艂adowania wewn臋trznej baterii na poziomie molekularnym. To z kolei przyczyni si臋 do lepszego monitorowania stanu i kontroli pojemno艣ci akumulatora. Poprzez zwi臋kszenie dost臋pu do przechowywanej energii, mo偶liwy stanie si臋 wzrost g臋sto艣ci mocy, szybko艣ci 艂adowania a tak偶e redukcja wielu zagro偶e艅 wynikaj膮cych z prze艂adowania. Lepsza kontrola to tak偶e d艂u偶sza 偶ywotno艣膰 baterii.


Rysunek 1. Schematyczny obraz baterii litowo-jonowej z modu艂ami nanoczujnika w ka偶dym ogniwie 鈥 kolor pomara艅czowy i czerwony

Projektujesz elektronik臋? Zarezerwuj 4 pa藕dziernika 2018 roku na najwi臋ksz膮 w Polsce konferencj臋 dedykowan膮 projektantom, Evertiq Expo Krak贸w 2018. Przesz艂o 60 producent贸w i dystrybutor贸w komponent贸w do Twojej dyspozycji, ciekawe wyk艂ady i 艣wietna, tw贸rcza atmosfera. Jeste艣 zaproszony, wst臋p wolny: kliknij po szczeg贸艂y.

漏 Evertiq
Przeprowadzona analiza przez szwedzk膮 firm臋 Insplorion wraz instytutem badawczym RISE Acreo, w ramach projektu 鈥濵iniaturization of a nanosensor system for batteries”, potwierdzi艂a w艂a艣nie mo偶liwo艣膰 zbudowania tanich system贸w nanoczujnik贸w 艣wiat艂owodowych, kt贸re spe艂ni膮 wymagania stawiane aplikacjom do monitorowania stanu akumulator贸w. Badania rynku wykaza艂y r贸wnie偶, 偶e taki system b臋dzie dzia艂a艂 w innych, ciekawych pod wzgl臋dem komercyjnym zastosowaniach, na przyk艂ad w medycynie do diagnostyki in vivo, czy w przemy艣le przetw贸rczym do kontroli 偶ywno艣ci. Badania przeprowadzono w oparciu o opatentowan膮 technologi臋 wykrywania nanoplazmatycznego NPS (NanoPlasmonic Sensing), kt贸ra wykorzystuje fizyczne zjawisko zwane zlokalizowanym rezonansem plazmon贸w powierzchniowych LSPR (Localized Surface Plasmon Resonance). Zjawisko to polega na wzbudzeniu przez 艣wiat艂o chmury elektron贸w 鈥 plazmon贸w, poprzez umieszczenie cienkiej warstewki metalicznej mi臋dzy dwoma o艣rodkami r贸偶ni膮cymi si臋 g臋sto艣ci膮 optyczn膮, np. metal 鈥 dielektryk. Aby dosz艂o do rezonansu plazmon贸w, energia fotonu padaj膮cego na powierzchni臋 metalu musi by膰 r贸wna energii drga艅 oscylacyjnych plazmon贸w.

Technologia NPS to nowy spos贸b przeprowadzania w czasie rzeczywistym bada艅 materia艂贸w optycznych w nanoskali, umo偶liwiaj膮ca naukowcom badanie zmian molekularnych w nanomateria艂ach. Nanoplazmatyczne wykrywanie wykorzystuje nanocz膮stki metali, zwykle Au lub Ag, jako lokalne elementy wykrywaj膮ce, kt贸re oferuj膮 po艂膮czenie unikalnych w艂a艣ciwo艣ci: ultrawysokiej czu艂o艣ci, ma艂ej ilo艣ci cz膮steczek w obj臋to艣ci (ze wzgl臋du na rozmiary stosowanych nanocz膮steczek, typowo: 50-100 nm) i zdolno艣ci do szybkiego, zdalnego odczytu w czasie rzeczywistym (czas rz臋du milisekund).


Rysunek 2. Widok powierzchni nanoczujnika NPS

W zastosowanej przez Insplorion technologii NPS wykrywanie odbywa si臋 poprzez matryce nieoddzia艂uj膮cych, identycznych nanodysk贸w z艂ota umieszczonych na prze藕roczystym pod艂o偶u. Z艂ota matryca nanodysk贸w 鈥 czujnik, pokryta jest cienk膮 warstw膮 (rz臋du kilkudziesi臋ciu nm) dielektryka. W ten spos贸b nanoelementy czujnika zosta艂y na sta艂e osadzone w powierzchni臋 sensora i nie oddzia艂uj膮 fizycznie z badanym nanomateria艂em, za wyj膮tkiem pola LSPR. Oscylacje pola LSPR zale偶膮 przede wszystkim od materia艂u i wielko艣ci nanocz膮stki badanego materia艂u, ich wzajemnych odleg艂o艣ci oraz temperatury i w艂a艣ciwo艣ci dielektrycznych o艣rodka w pobli偶u o艣wietlanej nanocz膮stki.


Rysunek 3. Budowa nanoczujnika NPS

Zastosowana przez Insplorion metoda detekcji polega na optycznym pomiarze widma fali 艣wiat艂a transmitowanego przez uk艂ad czujnika umieszczonego w tzw. reaktorze. 艢wiat艂o pomi臋dzy poszczeg贸lnymi elementami transmitowane jest przez 艣wiat艂owody. Pomiar odpowiedzi pola LSPR dokonywany jest na spektrometrze z bardzo wysok膮 rozdzielczo艣ci膮 spektraln膮.


Rysunek 4. Schemat pomiaru widma spektralnego czujnika NPS

Optyczna odpowied藕 uk艂adu czujnika NPS charakteryzuje si臋 wyra藕nym pikiem przy okre艣lonej d艂ugo艣ci fali w analizowanym widmie. Spowodowane jest to silnym oddzia艂ywaniem czujnik贸w nanodyskowych ze 艣wiat艂em w polu LSPR, w wyniku proces贸w absorpcji i rozpraszania. Pozycja spektralna piku LSPR rejestrowana jest jako funkcja czasu procesu, kt贸ry jest badany/rejestrowany, np. podczas reakcji z cz膮steczkami badanego gazu lub w wyniku zmian temperatury. Zmiany kolor贸w mog膮 by膰 spowodowane zachodz膮cym procesem chemicznym w materiale pr贸bki (przej艣cia fazowe), zmianami w powierzchni pr贸bki lub energi膮 chemiczn膮 rozproszon膮 przez reakcje chemiczn膮 przebiegaj膮c膮 na nanokatalizatorze. Wyniki rejestrowane s膮 w czasie rzeczywistym, w odst臋pach czasu rz臋du milisekund i z rozdzielczo艣ci膮 widmow膮 0,01 nm.


Rysunek 5. Optyczna odpowied藕 czujnika NPS
漏 Insplorion

Pomiar stanu baterii w ogniwach litowo-jonowych przy u偶yciu nanoczujnik贸w zapewni wzrost dost臋pno艣ci energii do 50% oraz zwi臋kszy szybko艣膰 艂adowania do 23%. Dzi臋ki temu zmalej膮 do 38% koszty wytworzenia. Technologia firmy Insplorion istnieje ju偶 dzisiaj w produkowanych komercyjnie prototypach a dzi臋ki przeprowadzonej analizie udowodni艂a, 偶e mo偶e zosta膰 zminiaturyzowana, produkowana masowo oraz tanio, w por贸wnaniu do dzisiejszych system贸w zarz膮dzania akumulatorami. Firma zapowiedzia艂a kontynuacj臋 prac i dalszy rozw贸j technologii we wsp贸艂pracy z RISE Acreo i innymi podmiotami przemys艂owymi.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
December 13 2018 13:08 V11.10.14-1