Un nuevo y sencillo método para medir el estado de las baterías de iones de litio
Nueva técnica para medir el estado de carga, los defectos y las pérdidas de capacidad de las baterías recargables mediante magnetometría atómica
Las baterías recargables están en el corazón de muchas nuevas tecnologías que implican, por ejemplo, el aumento del uso de energías renovables. Más concretamente, se emplean para alimentar vehículos eléctricos, teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Los científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y del Instituto Helmholtz de Maguncia (HIM) de Alemania han presentado ahora un método sin contacto para detectar el estado de carga y cualquier defecto de las baterías de iones de litio. Para ello, se utilizan magnetómetros atómicos para medir el campo magnético alrededor de las células de las baterías. El profesor Dmitry Budker y su equipo suelen utilizar la magnetometría atómica para explorar cuestiones fundamentales de la física, como la búsqueda de nuevas partículas. La magnetometría es el término utilizado para describir la medición de los campos magnéticos. Un ejemplo sencillo de su aplicación es la brújula, que el campo magnético de la Tierra hace que apunte al norte.
Yinan Hu, miembro del grupo de investigación del profesor Dmitry Budker en la JGU, sostiene una celda de batería, junto con un dispositivo que mide el estado de carga
© Arne Wickenbrock
Aseguramiento de la calidad sin contacto de las baterías mediante magnetómetros atómicos
La demanda de baterías recargables de alta capacidad está creciendo y también la necesidad de una forma de tecnología de diagnóstico sensible y precisa para determinar el estado de una célula de batería. El éxito de muchos de los nuevos avances dependerá de si se pueden producir baterías que puedan ofrecer una capacidad suficiente y una larga vida útil efectiva. "Emprender la garantía de calidad de las baterías recargables es un desafío importante. Los métodos sin contacto pueden proporcionar potencialmente un nuevo estímulo para mejorar las baterías", dijo el Dr. Arne Wickenbrock, miembro del grupo de trabajo del Profesor Dmitry Budker en el Instituto de Física de la JGU y el Instituto Helmholtz de Maguncia. El grupo ha logrado un gran avance al utilizar magnetómetros atómicos para realizar mediciones. La idea surgió durante una teleconferencia entre Budker y su colega el profesor Alexej Jerschow de la Universidad de Nueva York. Desarrollaron un concepto y, con una estrecha colaboración entre ambos grupos, llevaron a cabo los experimentos relacionados en Maguncia.
"Nuestra técnica funciona esencialmente de la misma manera que la resonancia magnética, pero es mucho más simple porque utilizamos magnetómetros atómicos", dijo Wickenbrock, que forma parte del equipo que lleva a cabo las investigaciones. Los magnetómetros atómicos son magnetómetros de bombeo óptico que utilizan átomos en forma gaseosa como sondas para un campo magnético. Están disponibles comercialmente y se utilizan en aplicaciones industriales así como en la investigación fundamental. El grupo de Budker en la JGU y el HIM, que también desarrolla sensores magnéticos avanzados propios, utiliza estos magnetómetros atómicos para la investigación fundamental en física, como en la búsqueda de materia oscura y en los intentos de resolver el enigma de por qué la materia y la antimateria no se aniquilaron mutuamente de forma inmediata después del Big Bang.
El método simple permite mediciones rápidas y de alto rendimiento
En el caso de las mediciones de las baterías, éstas se colocan en un campo magnético de fondo. Las baterías alteran este campo magnético de fondo y el cambio se mide con magnetómetros atómicos. "El cambio nos da información sobre el estado de carga de la batería, sobre cuánta carga queda en la batería y sobre posibles daños", añadió Wickenbrock. "El proceso es rápido y, en nuestra opinión, puede ser fácilmente integrado en los procesos de producción". Los informes recurrentes de lesiones graves como resultado de la explosión de los cigarrillos electrónicos y las restricciones para llevar ciertos tipos de teléfonos celulares en los aviones muestran que es necesario detectar defectos en las células de la batería.
"El poder de diagnóstico de esta técnica es prometedor para la evaluación de las células en la investigación, para el control de calidad o durante el funcionamiento", afirmaron los autores en su reciente documento del PNAS.
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