Cyfrowy paszport dla akumulatora
Pixabay_OpenIconsWprowadzanie specjalnych cząstek magnetycznych do ogniw akumulatorów pozwala na wykorzystanie spektroskopii cząstek magnetycznych (MPS) do ich identyfikacji, a tym samym do śledzenia ich przez cały cykl życia. Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskiej pracuje nad rozwiązaniami umożliwiającymi wykorzystanie tej technologii w sposób prosty, bezpieczny i wydajny. Informacje uzyskane z badania mogą być stosowane do przyjaznego dla środowiska recyklingu materiałów, z których wykonane są baterie, co oznacza, że technologia ta może odegrać kluczową rolę w osiągnięciu bardziej zrównoważonego rozwoju.
Jak jednak technologia ta jest w stanie zidentyfikować te cząsteczki, aby zajrzeć w przeszłość akumulatora?
– Spektroskopia cząstek magnetycznych wymaga pewnego materiału, który większość ludzi zna jako środek kontrastowy z obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI): nanocząstki tlenku żelaza – wyjaśnia Daniel Haddad, kierownik grupy w Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskiej.
Jeśli cząstki te zostaną umieszczone w zewnętrznym zmiennym polu magnetycznym, namagnesują się zgodnie z tym polem, co może wykryć cewka detektora. Ponieważ cząstki są superparamagnetyczne (tj. mają tylko jedną domenę magnetyczną), wykryty sygnał jest nieliniowy. Zastosowanie transformaty Fouriera pozwala uzyskać widmo.
– Różne cząstki mają różne widma i dlatego mogą być używane do oznaczania obiektów za pomocą określonego kodu – dodaje Haddad.
Cząstki można również zaprojektować w taki sposób, aby ich widmo dostarczało informacji na przykład na temat charakteru ich otoczenia i warunków środowiskowych.
Co można dzięki temu osiągnąć?
– Problem, jaki mamy obecnie z recyklingiem baterii, polega na tym, że nasz proces jest wysoce nieefektywny – mówi Haddad.
W większości przypadków firmy zajmujące się recyklingiem mają bardzo mało informacji na temat tego, jakie dokładnie materiały znajdują się w ich recyklacie. Korzystają więc z silnych środków chemicznych, aby wydobyć najważniejsze pierwiastki, takie jak kobalt czy nikiel, podczas gdy reszta jest często spalana lub składowana jako odpady.
– Z drugiej strony, producenci dokładnie wiedzą, co zawierają ich ogniwa baterii – kontynuuje Haddad.
Ta luka informacyjna ma zostać wypełniona dzięki spektroskopii cząstek magnetycznych.
Paszport baterii jako dokument potwierdzający cykl życia
Oznacza to, że nawet pod koniec cyklu życia akumulatora, gdy nie ma on już żadnej etykiety lub gdy został rozmontowany na poszczególne elementy, możliwa będzie identyfikacja ogniw, a dzięki temu również model i producent akumulatora. Dzięki zastosowaniu magnetycznych nanocząsteczek i unikalnego kodu uzyskanego za pomocą spektroskopii cząstek magnetycznych ogniwa mogłyby zostać przypisane do „paszportu akumulatora”, Haddad nazwał ten proces wpisem w bazie danych.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Umożliwiłoby to ustalenie, kto i w jaki sposób wyprodukował akumulator, jak zmieniał się skład chemiczny jego ogniw w trakcie użytkowania i po jego zakończeniu, a także jak powinien wyglądać optymalny proces recyklingu. Możliwe byłoby nawet określenie, czy akumulator można reaktywować poprzez wprowadzenie modyfikacji. Doprowadziłoby to do niemal perfekcyjnego wykorzystania wielu rzadkich surowców wykorzystywanych w bateriach. Aby uniknąć jakiegokolwiek wpływu na chemię ogniw, cząstki magnetyczne można umieścić na zewnątrz, np. w szwie zgrzewającym aluminiową obudowę ogniwa.
– W ten sposób nie ingerowalibyśmy w wydajność ogniw – mówi Haddad.
Dodatkową korzyścią byłaby ochrona przed podrabianiem, zapewniona przez specjalny kod ogniwa, co mogłoby sprawić, że proces oznaczania mógłby być bardzo przydatny również w innych zastosowaniach.
Założeniem jest, że Development Center X-ray Technology i jego partnerzy dostarczą magnetyczne cząstki, urządzenie do ich odczytu, oprogramowanie oraz bazę danych jako gotowy pakiet. Następnie klient wprowadzi te cząstki do ogniw akumulatora w celu ich oznaczenia. Od tego momentu ogniwa będą miały stałego towarzysza, który będzie je śledził.
Wywiad przeprowadził Lucas Westermanna, redaktor Fraunhofer IIS Magazine.
Źródło: Fraunhofer IIS
