暨南大学郭团、麦文杰课题组：储能设备光纤原位检测
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近期，暨南大学郭团教授、麦文杰教授与加拿大团队合作，在储能设备光纤原位检测领域取得重要成果。联合团队首次研制出高精度等离子体共振光纤电化学传感器，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，这一技术将为再生能源储能设备的开发利用（电动汽车续航评估，太阳能、风电、潮汐等再生能源储能利用）提供全方位、全过程、终身监测方案。
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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的原因具有重要意义，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，暨南大学郭团教授、麦文杰教授等人发展了全新的等离子共振（SPR）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，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。此外，利用光纤的超长距离传输能力，该技术也可应用于大洋潮汐、海洋风电、沙漠太阳能等超远距离、超大范围的遥测领域，为全球新能源的开发利用提供重要手段。
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结构示意图（上图）；传感器的实验光谱图（左下图：红色曲线为P偏振态入射光条件下的“强”SPR激发光谱，黑色曲线为S偏振态入射光条件下的“无”SPR激发光谱）；光纤表面的纳米尺度能量场分布（右下图：SPR激发条件下的“强”表面能量场，SPR无激发条件下的“弱”表面能量场）。
该成果以 In Situ Plasmonic Optical Fiber Detection of the State of Charge of Supercapacitors for Renewable Energy Storage为题，于2018年6月6日在Light: Science & Applications [7: 34 (2018)]上发表，并被选为该期的封面论文，Nature Photonics以“State-of-charge monitoring”为标题对本工作进行了亮点报道。郭团教授和麦文杰教授为此文的共同通讯作者，第一作者为郭团指导的硕士研究生，暨南大学为第一完成单位。
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）。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41377-018-0040-y
关于鼎信优威：
鼎信优威专注于弱光探测领域，涵盖从光源到探测的整个系统。主要产品有美国PI科学级CCD相机与单色仪，瑞典COBOLT的DPSS激光器，美国SEMROCK 的荧光与RAMAN滤光片，德国BECKER-HICKL 的TCSPC 单光子探测系统，瑞士苏黎世仪器的LOCK-IN 放大器。
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