Un sistema di rilevamento in fibra ottica sviluppato da ricercatori in Cina e Canada può sbirciare all'interno di supercondensatori e batterie per osservarne lo stato di carica.

Le fonti energetiche rinnovabili sono naturalmente incoerenti, e quindi richiedono nuove tecnologie di stoccaggio dell'energia. I supercondensatori offrono una ricarica rapida e una conservazione a lungo termine, ma è importante poter monitorare il loro stato di funzionamento. Per affrontare questo problema, un team composto da Tuan Guo e Wenjie Mai dell'Università di Jinan ha adattato un approccio basato su un sensore plasmonico basato su fibra ottica. Il sensore è incorporato all'interno del condensatore ed è in grado di misurare in tempo reale lo stato di carica degli elettrodi e degli elettroliti, durante il funzionamento, e nel corso della sua vita. Il sensore dimostra un'elevata correlazione chiara e ripetibile tra le misurazioni della trasmissione ottica del dispositivo in fibra e lo stato di carica simultaneo del supercondensatore, offrendo un unico, metodo a basso costo per il monitoraggio in tempo reale dei dispositivi di accumulo di energia in funzione.

Questo risultato è stato pubblicato in Luce:scienza e applicazioni (11 luglio 2018), con un titolo manoscritto di "Rilevazione in situ di fibra ottica plasmonica dello stato di carica dei supercondensatori per l'accumulo di energia rinnovabile".

I dispositivi di accumulo di energia elettrochimica (come i supercondensatori) sono considerati la prossima generazione di dispositivi di accumulo di energia con la massima efficienza di accumulo di energia e prospettive molto promettenti. Sono ampiamente usati in energia elettrica pulita, veicoli elettrici, medico mobile, dispositivi elettronici portatili e altri campi. Il monitoraggio in situ e continuo è un metodo chiave per la comprensione e la valutazione delle loro prestazioni e della qualità delle operazioni. Però, i metodi attuali non possono offrire le informazioni sullo stato di carica in tempo reale quando i dispositivi di accumulo di energia sono in funzione. Sono tenuti a portare offline i supercondensatori (interrompendo così la loro funzione) ed eseguire misure elettriche, e in alcuni casi, aprendo i supercondensatori per esaminare i loro componenti al microscopio elettronico.

Per affrontare questa sfida fondamentale, Il Prof. Guo e il Prof. Mai e il loro collega hanno sviluppato dispositivi in ​​fibra ottica abbastanza piccoli da essere inseriti vicino alla superficie degli elettrodi del condensatore. Basato su fibre per telecomunicazioni, possono essere lasciati lì e monitorati a distanza in qualsiasi momento e da qualsiasi distanza. Un altro aspetto importante del loro approccio è che, contrariamente alle tecniche attuali che si basano su una stima indiretta dello stato di carica da prove di corrente/tensione, i dispositivi in ​​fibra ottica rilevano la quantità di carica accumulata in uno strato di dimensioni sub-micrometriche sugli elettrodi e sull'elettrolita adiacente direttamente attraverso il suo impatto sulle proprietà plasmoniche di un rivestimento in oro su scala nanometrica applicato alla superficie della fibra.

Ha dimostrato un'elevata correlazione chiara e ripetibile tra le misurazioni della trasmissione ottica del dispositivo in fibra e le misurazioni di convalida elettrica simultanee. Questa nuova tecnologia avrà importanti implicazioni per i fornitori di energia che si affidano a fonti di energia rinnovabile dal sole, energia eolica e idroelettrica per almeno una parte del loro fabbisogno di rete elettrica. L'implicazione principale è che i condensatori difettosi o deteriorati verranno identificati prima che possano verificarsi guasti catastrofici, e che non sarà necessaria alcuna interruzione dei sistemi di alimentazione per testarli.