【摘要】：電化學儲能設備(如超級電容器)等被認為是目前儲能效率最高、最具發(fā)展前景的新型能量存儲設備,被廣泛應用于清潔電力、電動汽車、移動醫(yī)療、便攜式電子設備等領域。如何準確監(jiān)控超級電容器工作狀態(tài)下的實時儲能及健康狀態(tài),對于深入理解其工作機制、分析并解決其衰減老化原因具有重要意義,并且也可及時發(fā)現(xiàn)儲能效率陡降的儲能設備,避免續(xù)航能力中斷帶來的重大事故。電化學儲能設備現(xiàn)有的測試技術主要包括循環(huán)伏安測試、恒流充放電測試等,這些技術均不具備實時在線監(jiān)測的能力。近些年,科研人員也提出包括透射電鏡或冷凍電鏡等原位探測技術,但其檢測設備體積龐大、價格昂貴,不宜在現(xiàn)場應用。傳統(tǒng)地,電化學等離子體共振聯(lián)用技術基于棱鏡型光學結構,由于棱鏡的體積龐大而無法實現(xiàn)在狹小空間中的原位測量,限制了該技術在電化學檢測方面的實用化發(fā)展�；谏鲜鲅芯勘尘�,本論文開展了如下兩部分研究工作內(nèi)容:(1)提出了高精度等離子體共振傾斜光纖光柵電化學傳感方法:我們發(fā)展了全新的等離子共振增強型傾斜光纖光柵超高靈敏傳感技術,該技術將能量高度密集的等離子體共振場匯聚于頭發(fā)絲大小的光纖波導上,可實現(xiàn)對儲能設備電極表面納米尺度范圍內(nèi)的自由電子、離子局域密度場的超高精度檢測,從而實時、原位檢測儲能設備的工作狀態(tài),實時讀取儲能設備工作狀態(tài)下的電流、電勢、電容、溫度等重要工作參數(shù)信息,為使用者提供儲能設備全面的健康狀態(tài)信息。(2)實現(xiàn)了超級電容充電狀態(tài)的原位、實時檢測:我們利用上述等離子體共振傾斜光纖光柵電化學傳感器首次實現(xiàn)了對超級電容器的荷電狀態(tài)原位在線監(jiān)測,針對電容器實際運用中不同的充放電模式進行了實驗驗證,并進行了深入分析,證明了該方法的可行性。此外,利用光纖的超長距離傳輸能力,該技術也可用于大洋潮汐、海洋風電、沙漠太陽能等超遠距離、超大范圍的遠程遙測領域,為全球新能源的開發(fā)利用提供重要手段。
【圖文】：

(a)布拉格光纖光柵示意圖；(b)長周期光纖光柵示意圖；(c)傾斜光纖光柵示意圖

影響到 SPR 的激發(fā)效率，經(jīng)過實驗驗證發(fā)現(xiàn)，采用 50 nm 厚度的金薄膜能夠使光柵光譜的共振吸收峰最窄，即 SPR 共振效果最好，，所以本文中的實驗均鍍制 50 nm 厚度的金薄膜來制作EC-SPR光纖光柵傳感器。圖2.6為鍍制了金薄膜的光纖的掃描電鏡圖像。圖 2.5 光纖材料金屬涂層成膜系統(tǒng)50 μm 500 nm(a) (b)圖 2.6 不同放大倍率的鍍金膜光纖掃描電鏡圖像2.5 EC-SPR傾斜光纖光柵光譜特征本文中的實驗用來接收并解調(diào)光學信號的儀器設備是光纖光譜儀（型號是AQ6370D），其最小的波長分辨率可以達到 0.02 nm。如圖 2.6 所示是鍍制了 50 nm 金薄膜的傾斜光纖光柵浸入水中（折射率約 1.3325）的經(jīng)過作差校準的透射光譜。從圖中我們可以在 P 態(tài)下看到大約在 1490 nm 附近處與包層模式重疊的地方出現(xiàn)了一個較窄
【學位授予單位】：暨南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212;TM53

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本文編號：2694253