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【迈向高水平】我校郭团教授、麦文杰教授等在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果

字体: 2018年07月13日 浏览量: 来源: 科学技术研究处 作者: 发布:新闻中心

7月11日,国家自然科学基金委员会官网发布了我校郭团教授、麦文杰教授等人在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果——高精度等离子体共振光纤电化学传感器。该项研究成果实现了储能设备带电工作状态下的实时、原位、多参量高精度检测,解决了困扰储能设备在线监测的瓶颈问题,可提供全方位、全过程、终生监测方案。

研究成果以“In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of the State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage”(面向再生能源储能电容原位检测的等离子体共振光纤传感技术)为题,于2018年6月6日在Light: Science & Applications(《光:科学与应用》)上发表,并被选为期刊封面论文。

图1. 等离子体共振光纤储能设备原位检测原理与系统图。(a)新型等离子体共振光纤传感系统(黑线)与传统电化学传感系统(红线);(b-e)等离子体共振光纤探针及超级电容器电极表面氧化还原材料微观显示图;(f)基于纳米尺度自由电子、离子局域密度场精确测量的等离子体共振光纤传感原理图

图2. 等离子体共振光纤传感器实现电极表面纳米尺度离子密度场原位测量示意图

图3. 该技术有望实现对新能源汽车超级电容器续航能力的实时终生检测(Light: Science & Applications封面图)

电化学储能设备(如超级电容器)等被认为是目前储能效率最高、最具发展前景的新型能量存储设备,被广泛应用于清洁电力、电动汽车、移动医疗、便携式电子设备等领域。如何准确监控超级电容器工作状态下的实时储能及健康状态,对于深入理解其工作机制、分析并解决其衰减老化原因具有重要意义,并且也可及时发现储能效率陡降的储能设备,避免续航能力中断带来的重大事故。电化学储能设备现有的测试技术主要包括循环伏安测试、恒流充放电测试等,这些技术均不具备实时在线监测的能力。近些年,科研人员也提出包括原位透射电镜或冷冻电镜等原位探测技术,但其检测设备体积庞大、价格昂贵,不宜在现场应用。

为了解决上述问题,郭团教授、麦文杰教授等人发展了全新的等离子共振增强型倾斜光纤光栅超高灵敏传感技术。该技术将能量高度密集的等离子体共振场汇聚于头发丝大小的光纤波导上,可实现对储能设备电极表面纳米尺度范围内的自由电子、离子局域密度场的超高精度检测(如图2),从而实时、原位检测储能设备的工作状态,实时读取储能设备工作状态下的电流、电势、电容、温度等重要工作参数信息,为使用者提供储能设备全面的健康状态信息。由于光纤体积小,可直接植入储能设备内部,实现终生检测。

该项目获国家优秀青年科学基金项目(项目编号:61722505)等资助。

文章来源:国家自然科学基金委员会官网

http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info74049.htm

【郭团简介】

郭团,我校光子技术研究院研究员,博士生导师,国家优秀青年基金获得者。专注于光纤传感与应用技术研究,重点围绕解决现有传感器微观检测精度不足这一核心科学问题,提出了全新的等离子共振增强型倾斜光纤光栅高灵敏度传感技术,在生物医学检测、新能源传感和电网安全监测等领域取得一系列创新成果。在Nature Communications、Light: Science & Applications等权威期刊发表SCI论文90余篇(第一/通讯作者50余篇,JCR一区论文18篇),受邀在光学和生物学领域权威期刊撰写Tutorial Review和Invited Review特邀论文6篇,入选Web of Science高被引论文2篇,论文总引用2000余次,参编Springer Nature著作《Handbook of Optical Fibers》。国际会议做特邀报告30余次,以第一发明人身份申请国家发明专利15项(授权6项),研究成果被美国光学评论期刊《Laser Focus World》专题报道。入选国际期刊IEEE Journal of Lightwave Technology和美国光学学会OSA的Top Reviewer,指导研究生获“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和二等奖。

【麦文杰简介】

麦文杰,我校理工学院研究员,博士生导师,物理学系主任,广东省真空薄膜技术与新能源材料工程技术研究中心主任。从事纳米光电和能源材料,及其相关新型器件的研究,重点研究超级电容器、太阳能电池、光电解水制氢等方面。发表SCI论文约100篇,总他引超过5000次;其中以通讯作者/第一作者发表SCI论文约50篇,包括Energy Environ Sci, Materials Today, Adv Mater, Nano Lett, ACS Nano, Angew Chem Int Ed等;主持国家自然科学基金3项,省部级项目7项。曾荣获广东省自然科学杰出青年基金,入选广东特支计划百千万人才工程青年拔尖人才,入选广东高等学校优秀青年教师培养计划,和荣获南粤科技创新优秀学术论文一等奖。所指导的研究生有2人获广东省优秀硕士学位论文;本科生有7人以第一作者发表SCI论文。

(科学技术研究处)

责编:李伟苗 

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