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萨塞克斯大学用量子传感器测量电池性能

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58京牌 ,在最近进行的项目中,萨塞克斯大学(University Of Sussex)的研究人员利用一种基于量子的传感器来测量电池行为,并期望所产生的数据可用于改进电池技术。

(图片来源:萨塞克斯大学)

该项目解决了提高电池能量密度、耐久性和安全性的关键需求,推动产业向绿色生态系统转变。该校实验物理学研究教授Peter Kruger表示:“这将意味着量子传感器首次产生重大商业影响。”

电池与量子技术

新的控制系统,包括再生制动系统、启动/停止功能,以及驱动车轮的电动机在内,都需要精确测量和控制电气输入,以优化性能,避免发生故障。

在这些系统中,电池电流测量传感器是重要组成部分,可用于测量电池的充放电水平及健康状态。现在,已有若干技术可以制造性能良好的电流传感器,以监控车辆电池。

与此同时,通过量子计算模拟电池的化学结构,可以根据各种标准(如减重、最大密度和电池组装),应用这些算法再现电池内部的化学成分,加快了电池组的产业化进程。

萨塞克斯大学的项目

该项目旨在利用量子磁力计技术,检查微型电池的电流是否正常流动。通过这种方式,对新电池和现有电池的化学成分进行快速评估,加快开发先进电池技术,促进电气化发展。

磁力计通过单一传感器来测量磁通密度,而量子磁力计基于亚原子粒子自旋。每个粒子磁矩与外加场的耦合,被量化或限制为由量子力学定律确定的一组离散值。Kruger指出,通过监测电流,可以在电池发生故障之前,采取预防措施。量子传感器可以为电池提供某种智能,通过监测其健康状况,减少最易造成磨损的电池负载。

Kruger表示:“目前,电池监控解决方案主要集中在测量电池的电压,从而明确显示电池内部剩余的电荷。在随后的许多次充放电循环中,通过测量这些电压,可以在电池退化时监控充电容量。这些测量对监测电池的健康状态很有用,但并不能充分显示电池的内部状态。通过正在开发的量子系统,可以测量电池产生的磁场,从而推断流经电池的电流。这个系统就像一个‘磁性摄像机’,能够窥视电池内部。”

该研究小组的目标是开发小型、低功耗、便携设备。这些设备不需要基础设施,运行成本最低,因此适合经济生产。研究人员还将与CDO2、Magnetic Shields Ltd和QinetiQ密切合作,以实现其目标。Magnetic Shields Ltd公司将提供所需的磁性无噪音环境,使传感器技术在测试时达到前所未有的灵敏度。

目前最大的挑战在于提高电池容量。Kruger表示:“从技术上讲,传感器不仅对电池的磁场敏感,而且对所有铁磁性物质的磁场都敏感。我们所做的大部分工作都是关于传感器设计,以及如何使其免受外部磁源的影响,比如过滤掉汽车电动机产生的磁场。”

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