Principe de détection électrochimique par résonance plasmonique de surface et démonstration expérimentale avec un capteur à fibre optique TFBG recouvert d'or. (a) Configuration expérimentale d'un système de détection à fibre optique plasmonique pour surveiller le SOC des supercondensateurs. (b) Photographies de la configuration du supercondensateur et (c) sonde de détection à fibre optique recouverte d'or. Images SEM de (d) l'électrode de MnO2 et (e) l'image agrandie correspondante. (f) Schéma de la mesure du processus de charge-décharge des supercondensateurs par un capteur à fibre optique TFBG recouvert d'or plasmonique. Crédit : Light :Science &Applicationstome 7, Numéro d'article :34 (2018)
Un système de détection à fibre optique développé par des chercheurs en Chine et au Canada peut regarder à l'intérieur des supercondensateurs et des batteries pour observer leur état de charge.
Les sources d'énergie renouvelables sont naturellement incohérentes, et nécessitent donc de nouvelles technologies de stockage d'énergie. Les supercondensateurs offrent une charge rapide et un stockage à long terme, mais il est important de pouvoir surveiller leur état de fonctionnement. Pour s'attaquer à ce problème, une équipe comprenant Tuan Guo et Wenjie Mai de l'université de Jinan a adapté une approche basée sur un capteur plasmonique à fibre optique. Le capteur est embarqué à l'intérieur du condensateur et est capable de mesurer l'état de charge des électrodes et des électrolytes en temps réel, pendant le fonctionnement, et sur sa durée de vie. Le capteur démontre une corrélation élevée claire et reproductible entre les mesures de la transmission optique du dispositif à fibre et l'état de charge simultané du supercondensateur, offrant un unique, méthode peu coûteuse de surveillance en temps réel des dispositifs de stockage d'énergie en fonctionnement.
Ce résultat a été publié dans Lumière :science et applications (11 juillet, 2018), avec un titre manuscrit de "In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of the State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage. "
Les dispositifs électrochimiques de stockage d'énergie (tels que les supercondensateurs) sont considérés comme la prochaine génération de dispositifs de stockage d'énergie avec l'efficacité de stockage d'énergie la plus élevée et des perspectives très prometteuses. Ils sont largement utilisés dans l'énergie électrique propre, véhicules électriques, médical mobile, appareils électroniques portables et autres domaines. La surveillance in situ et continue est une méthode clé pour comprendre et évaluer leurs performances et la qualité de leur fonctionnement. Cependant, les présents procédés ne peuvent pas offrir les informations d'état de charge en temps réel lorsque les dispositifs de stockage d'énergie sont en fonctionnement. Ils sont amenés à mettre les supercondensateurs hors ligne (interrompant ainsi leur fonction) et à effectuer des mesures électriques, et dans certains cas, ouvrir les supercondensateurs pour examiner leurs composants par microscopie électronique.
Pour relever ce défi fondamental, Les professeurs Guo et Mai et leurs collègues ont développé des dispositifs à fibre optique suffisamment petits pour être insérés près de la surface des électrodes du condensateur. Basé sur des fibres de qualité télécommunication, ils peuvent y être laissés et surveillés à distance à tout moment et à toute distance. Un autre aspect important de leur approche est que contrairement aux techniques actuelles qui reposent sur une estimation indirecte de l'état de charge à partir de tests courant/tension, les dispositifs à fibre optique détectent la quantité de charge accumulée dans une couche de taille inférieure au micromètre sur les électrodes et l'électrolyte adjacent directement par son impact sur les propriétés plasmoniques d'un revêtement d'or à l'échelle nanométrique appliqué à la surface de la fibre.
Principe de détection électrochimique par résonance plasmonique de surface et démonstration expérimentale avec un capteur à fibre optique TFBG recouvert d'or. Croquis de la configuration d'un capteur à fibre optique plasmonique pour la surveillance in situ de supercondensateurs. Crédit : Light :Science &Applicationstome 7, Numéro d'article :34 (2018)
Il a démontré une forte corrélation claire et reproductible entre les mesures de la transmission optique du dispositif à fibre et les mesures de validation électrique simultanées. Cette nouvelle technologie aura des implications importantes pour les fournisseurs d'énergie qui dépendent des sources d'énergie renouvelables du soleil, l'éolien et l'hydroélectricité pour au moins une partie de leurs besoins en réseau électrique. L'implication principale est que les condensateurs défectueux ou qui se détériorent seront identifiés avant que des défaillances catastrophiques ne puissent se produire, et qu'aucune interruption des systèmes électriques ne sera nécessaire pour les tester.
