Les piles rechargeables sont au cœur de nombreuses nouvelles technologies impliquant, par exemple, l'utilisation accrue des énergies renouvelables. Plus précisément, elles sont utilisées pour alimenter les véhicules électriques, les téléphones portables et les ordinateurs portables.
Les scientifiques de l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l'Institut Helmholtz de Mayence (HIM) en Allemagne ont maintenant présenté une méthode sans contact pour détecter l'état de charge et tout défaut des batteries lithium-ion.
Pour ce faire, des magnétomètres atomiques sont utilisés pour mesurer le champ magnétique autour des éléments de batterie. Le professeur Dmitry Budker et son équipe utilisent généralement la magnétométrie atomique pour explorer des questions fondamentales de physique, comme la recherche de nouvelles particules. La magnétométrie est le terme utilisé pour décrire la mesure des champs magnétiques. Un exemple simple de son application est la boussole, que le champ magnétique terrestre fait pointer vers le nord.
Assurance qualité sans contact des piles à l'aide de magnétomètres atomiques
Yinan Hu, membre du groupe de recherche du professeur Dmitry Budker à JGU, tenant une cellule de batterie, à côté d'un appareil qui mesure l'état de charge (Photo : Arne Wickenbrock)
La demande de piles rechargeables de grande capacité est en augmentation, tout comme le besoin d'une forme de technologie de diagnostic sensible et précise pour déterminer l'état d'une pile. Le succès de nombreux nouveaux développements dépendra de la possibilité de produire des piles capables de fournir une capacité suffisante et une longue durée de vie effective. "Entreprendre l'assurance qualité des piles rechargeables est un défi important.
Les méthodes sans contact peuvent potentiellement fournir un nouveau stimulus pour l'amélioration des piles", a déclaré le Dr Arne Wickenbrock, membre du groupe de travail du professeur Dmitry Budker à l'Institut de physique JGU et à l'Institut Helmholtz de Mayence. Le groupe a réalisé une percée en utilisant des magnétomètres atomiques pour prendre des mesures. L'idée est née lors d'une téléconférence entre M. Budker et son collègue, le professeur Alexej Jerschow de l'université de New York. Ils ont développé un concept et, grâce à une étroite collaboration entre les deux groupes, ont réalisé les expériences correspondantes à Mayence.
"Notre technique fonctionne essentiellement de la même manière que l'imagerie par résonance magnétique, mais elle est beaucoup plus simple car nous utilisons des magnétomètres atomiques", a déclaré M. Wickenbrock, qui fait partie de l'équipe chargée des enquêtes. Les magnétomètres atomiques sont des magnétomètres à pompage optique qui utilisent des atomes sous forme gazeuse comme sondes pour un champ magnétique. Ils sont disponibles dans le commerce et sont utilisés dans des applications industrielles ainsi qu'en recherche fondamentale. Le groupe de Budker à JGU et HIM, qui développe également ses propres capteurs magnétiques avancés, utilise ces magnétomètres atomiques pour la recherche fondamentale en physique, comme la recherche de la matière noire et pour tenter de résoudre l'énigme de savoir pourquoi la matière et l'antimatière ne se sont pas immédiatement annihilées après le Big Bang.
Une méthode simple permet des mesures rapides et à haut débit
Dans le cas des mesures de piles, les piles sont placées dans un champ magnétique de fond. Les piles modifient ce champ magnétique de fond et la modification est mesurée à l'aide de magnétomètres atomiques. "Le changement nous donne des informations sur l'état de charge de la batterie, sur la quantité de charge restante et sur les dommages éventuels", a ajouté M. Wickenbrock. "Le processus est rapide et, à notre avis, peut être facilement intégré dans les processus de production". Les rapports récurrents sur les blessures graves résultant de l'explosion des e-cigarettes et les restrictions sur l'emport de certains types de téléphones portables dans les avions montrent qu'il est nécessaire de détecter les défauts des cellules de batterie.
"La puissance diagnostique de cette technique est prometteuse pour l'évaluation des cellules en recherche, pour le contrôle de la qualité ou pendant l'exploitation", ont déclaré les auteurs dans leur récent article sur le PNAS. L'été dernier, le même groupe de travail a organisé deux événements sur la physique atomique et nucléaire appliquée avec une participation internationale de haut niveau. Environ 200 chercheurs du monde entier ont abordé les questions actuelles de la magnétométrie atomique et d'autres formes de techniques de mesure quantique.
Article original :
Cet article a été publié à l'origine sur le site de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence.
Référence du journal :
Yinan Hu, Geoffrey Z. Iwata, Mohaddese Mohammadi, Emilia V. Silletta, Arne Wickenbrock, John W. Blanchard, Dmitry Budker, Alexej Jerschow. La magnétométrie sensible révèle des inhomogénéités dans le stockage des charges et de faibles courants internes transitoires dans les cellules Li-ion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020 ; 201917172 DOI : 10.1073/pnas.1917172117
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