Een door onderzoekers in China en Canada ontwikkeld glasvezeldetectiesysteem kan in supercondensatoren en batterijen kijken om hun laadtoestand te observeren.

Hernieuwbare energiebronnen zijn van nature inconsistent, en dus nieuwe technologieën voor energieopslag nodig hebben. Supercondensatoren bieden snel opladen en langdurige opslag, maar het is belangrijk om hun werkstatus te kunnen volgen. Om dit probleem aan te pakken, een team, waaronder Tuan Guo en Wenjie Mai van de Jinan University, paste een benadering aan op basis van een op optische vezels gebaseerde plasmonische sensor. De sensor is ingebed in de condensator en kan de ladingstoestand van de elektroden en elektrolyten in realtime meten, tijdens het werken, en gedurende zijn levensduur. De sensor vertoont een duidelijke en herhaalbare hoge correlatie tussen metingen van de optische transmissie van het vezelapparaat en de laadtoestand van de gelijktijdige supercondensator, het aanbieden van een unieke, goedkope methode voor realtime monitoring van energieopslagapparaten in bedrijf.

Dit resultaat is gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen (11 juli, 2018), met een manuscripttitel van "In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of the State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage."

Elektrochemische energieopslagapparaten (zoals supercondensatoren) worden beschouwd als de volgende generatie energieopslagapparaten met de hoogste energieopslagefficiëntie en veelbelovende vooruitzichten. Ze worden veel gebruikt in schone elektrische energie, elektrische voertuigen, mobiel medisch, draagbare elektronische apparaten en andere velden. In situ en continue monitoring is een belangrijke methode voor het begrijpen en evalueren van hun prestaties en operationele kwaliteit. Echter, de huidige werkwijzen kunnen geen real-time informatie over de laadtoestand bieden wanneer de energieopslaginrichtingen in bedrijf zijn. Ze moeten de supercondensatoren offline halen (waardoor hun functie wordt onderbroken) en elektrische metingen uitvoeren, en in sommige gevallen, het openen van de supercondensatoren om hun componenten te onderzoeken met elektronenmicroscopie.

Om deze fundamentele uitdaging aan te gaan, Prof. Guo en Prof. Mai en hun collega ontwikkelden optische vezelapparaten die klein genoeg zijn om in de buurt van het oppervlak van de condensatorelektroden te worden geplaatst. Gebaseerd op vezels van telecommunicatiekwaliteit, ze kunnen daar op elk moment en vanaf elke afstand op afstand worden achtergelaten. Een ander belangrijk aspect van hun aanpak is dat in tegenstelling tot de huidige technieken die afhankelijk zijn van een indirecte schatting van de laadtoestand uit stroom-/spanningstests, de optische vezelapparaten detecteren de hoeveelheid lading die is geaccumuleerd in een laag van submicrometerformaat op de elektroden en de aangrenzende elektrolyt, rechtstreeks door de impact ervan op de plasmonische eigenschappen van een gouden coating op nanometerschaal die op het vezeloppervlak is aangebracht.

Het toonde een duidelijke en herhaalbare hoge correlatie aan tussen metingen van de optische transmissie van het vezelapparaat en gelijktijdige elektrische validatiemetingen. Deze nieuwe technologie zal belangrijke implicaties hebben voor energieleveranciers die afhankelijk zijn van hernieuwbare energiebronnen uit de zon, wind- en waterkracht voor ten minste een deel van hun elektriciteitsnetbehoeften. De belangrijkste implicatie is dat defecte of verslechterende condensatoren worden geïdentificeerd voordat catastrofale storingen kunnen optreden, en dat er geen onderbreking van stroomsystemen nodig zal zijn om ze te testen.