Le batterie ricaricabili sono al centro di molte nuove tecnologie che prevedono, ad esempio, un maggiore utilizzo delle energie rinnovabili. In particolare, vengono utilizzate per alimentare veicoli elettrici, telefoni cellulari e computer portatili.
Gli scienziati dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) e dell'Istituto Helmholtz di Mainz (HIM), in Germania, hanno presentato un metodo senza contatto per rilevare lo stato di carica e gli eventuali difetti delle batterie agli ioni di litio.
A questo scopo, i magnetometri atomici vengono utilizzati per misurare il campo magnetico intorno alle celle della batteria. Il professor Dmitry Budker e il suo team utilizzano abitualmente la magnetometria atomica per esplorare questioni fondamentali della fisica, come la ricerca di nuove particelle. Magnetometria è il termine usato per descrivere la misurazione dei campi magnetici. Un semplice esempio di applicazione è la bussola, che il campo magnetico terrestre fa puntare verso nord.
Garanzia di qualità senza contatto delle batterie con magnetometri atomici
Yinan Hu, membro del gruppo di ricerca del professor Dmitry Budker alla JGU, tiene in mano una cella della batteria, insieme a un dispositivo che misura lo stato di carica (Foto: Arne Wickenbrock)
La domanda di batterie ricaricabili ad alta capacità è in crescita, così come la necessità di una tecnologia diagnostica sensibile e accurata per determinare lo stato di una cella della batteria. Il successo di molti nuovi sviluppi dipenderà dalla possibilità di produrre batterie in grado di garantire una capacità sufficiente e una lunga durata effettiva. "La garanzia di qualità delle batterie ricaricabili è una sfida importante.
I metodi senza contatto possono potenzialmente fornire nuovi stimoli per il miglioramento delle batterie", ha dichiarato il dottor Arne Wickenbrock, membro del gruppo di lavoro del professor Dmitry Budker presso l'Istituto di Fisica della JGU e l'Istituto Helmholtz di Mainz. Il gruppo ha raggiunto una svolta utilizzando magnetometri atomici per effettuare le misurazioni. L'idea è nata durante una teleconferenza tra Budker e il suo collega, il professor Alexej Jerschow della New York University. Hanno sviluppato un concetto e, con una stretta collaborazione tra i due gruppi, hanno realizzato i relativi esperimenti a Magonza.
"La nostra tecnica funziona essenzialmente come la risonanza magnetica, ma è molto più semplice perché utilizziamo magnetometri atomici", ha detto Wickenbrock, che fa parte del team che ha condotto le indagini. I magnetometri atomici sono magnetometri a pompaggio ottico che utilizzano atomi in forma gassosa come sonde per un campo magnetico. Sono disponibili in commercio e vengono utilizzati in applicazioni industriali e nella ricerca fondamentale. Il gruppo di Budker della JGU e dell'HIM, che sviluppa anche sensori magnetici avanzati, utilizza questi magnetometri atomici per la ricerca fondamentale in fisica, ad esempio nella ricerca della materia oscura e nel tentativo di risolvere l'enigma del perché la materia e l'antimateria non si siano annientate immediatamente dopo il Big Bang.
Un metodo semplice che consente di effettuare misurazioni rapide e ad alto rendimento
Nel caso delle misurazioni delle batterie, queste vengono collocate in un campo magnetico di fondo. Le batterie alterano il campo magnetico di fondo e la variazione viene misurata con magnetometri atomici. "La variazione ci fornisce informazioni sullo stato di carica della batteria, su quanta carica è rimasta nella batteria e su eventuali danni", ha aggiunto Wickenbrock. "Il processo è rapido e, a nostro avviso, può essere facilmente integrato nei processi produttivi". Le ricorrenti segnalazioni di gravi lesioni causate dall'esplosione di sigarette elettroniche e le restrizioni imposte all'uso di alcuni tipi di telefoni cellulari in aereo dimostrano la necessità di rilevare i difetti delle celle delle batterie.
"Il potere diagnostico di questa tecnica è promettente per la valutazione delle cellule nella ricerca, per il controllo di qualità o durante il funzionamento", hanno dichiarato gli autori nel loro recente articolo su PNAS. La scorsa estate, lo stesso gruppo di lavoro ha organizzato due eventi sulla fisica atomica e nucleare applicata con una partecipazione internazionale di alto livello. Circa 200 ricercatori provenienti da tutto il mondo hanno affrontato le questioni attuali della magnetometria atomica e di altre forme di tecniche di misurazione quantistica.
Articolo originale:
Questo articolo è stato pubblicato originariamente sulla Johannes Gutenberg Universitaet Mainz.
Riferimento alla rivista:
Yinan Hu, Geoffrey Z. Iwata, Mohaddese Mohammadi, Emilia V. Silletta, Arne Wickenbrock, John W. Blanchard, Dmitry Budker, Alexej Jerschow. La magnetometria sensibile rivela disomogeneità nell'accumulo di carica e deboli correnti interne transitorie nelle celle agli ioni di litio. Atti dell'Accademia nazionale delle scienze, 2020; 201917172 DOI: 10.1073/pnas.1917172117
HPQ Silicon è un emittente industriale Tier 1 della TSX Venture Exchange con sede in Quebec. Con il supporto dei partner tecnologici di livello mondiale PyroGenesis Canada e NOVACIUM SAS, l'azienda sta sviluppando nuovi processi ecologici fondamentali per la produzione dei materiali critici necessari per raggiungere le emissioni nette zero.
