روش ساده ای برای اندازه گیری وضعیت باتری های لیتیوم یونی

باتریهای قابل شارژ در قلب بسیاری از فناوریهای جدید وجود دارد که به عنوان مثال افزایش استفاده از انرژی های تجدیدپذیر است. به طور خاص ، آنها برای برقراری وسایل نقلیه برقی ، تلفن های همراه و لپ تاپ به کار می روند. دانشمندان دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتز (JGU) و مؤسسه هلمهولتز ماینز (HIM) در آلمان اکنون روش غیر تماسی را برای تشخیص وضعیت شارژ و هرگونه نقص در باتری های لیتیوم یونی ارائه داده اند. برای این منظور از مغناطیس اتمی برای اندازه گیری میدان مغناطیسی اطراف سلولهای باتری استفاده می شود. پروفسور دیمیتری بودکر و تیم وی معمولاً از مغناطیس اتمی برای کشف سؤالات اساسی فیزیک مانند جستجوی ذرات جدید استفاده می کنند. magnetometry اصطلاحی است که برای توصیف اندازه گیری میدان های مغناطیسی به کار می رود. یک نمونه ساده از کاربرد آن قطب نما است ، که زمین

تضمین کیفیت بدون تماس باتری های با استفاده از آهنرباهای اتمی

تقاضا برای باتری های قابل شارژ با ظرفیت بالانیاز به یک شکل از فناوری تشخیصی دقیق و حساس برای تعیین وضعیت سلول باتری در حال رشد است. موفقیت بسیاری از پیشرفت های جدید به این بستگی دارد که آیا باتری هایی تولید می شوند که می توانند ظرفیت کافی و طول عمر مؤثر داشته باشند. دکتر آرنه ویکنبروک ، عضو گروه کاری پروفسور دیمیتری بودکر در انستیتوی فیزیک JGU و گفت: "تضمین کیفیت باتری های قابل شارژ یک چالش مهم است. روش های غیر تماسی می توانند محرک جدیدی را برای بهبود باتری ها فراهم کنند." مؤسسه هلمولتز ماینتز. این گروه با استفاده از مغناطیسهای اتمی برای اندازه گیری ، به پیشرفتی دست یافته است. این ایده در طی کنفرانس تلفنی بین بودکر و همکارش پروفسور الکسیج جرشو از دانشگاه نیویورک به وجود آمد.

Wickenbrock ، که بخشی از تیمی است که تحقیقات را انجام می دهد ، گفت: "تکنیک ما در واقع به همان روش تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی کار می کند ، اما بسیار ساده تر است زیرا ما از مغناطیس اتمی استفاده می کنیم." مگنتومترهای اتمی مغناطیس سنج های نوری هستند که از اتم ها به صورت گاز به عنوان کاوشگر برای یک میدان مغناطیسی استفاده می کنند . آنها از نظر تجاری در دسترس هستند و در کاربردهای صنعتی و همچنین تحقیقات بنیادی مورد استفاده قرار می گیرند. گروه بودکر در JGU و HIM که سنسورهای مغناطیسی پیشرفته مخصوص به خود را دارند ، از این مغناطیسهای اتمی برای تحقیقات بنیادی در فیزیک استفاده می کنند ، مانند جستجوی ماده تاریک و در تلاش برای حل معما که چرا ماده و ضد ماده نیست. بلافاصله پس از بیگ بنگ یکدیگر را نابود کنید.

روش ساده اندازه گیری سریع و پر توان را قادر می سازد

در مورد اندازه گیری باتری ، باتری ها در یک میدان مغناطیسی پس زمینه قرار می گیرند. باتری ها این میدان مغناطیسی پس زمینه را تغییر می دهند و این تغییر با استفاده از آهنرباهای اتمی اندازه گیری می شود. Wickenbrock اضافه کرد: "این تغییر اطلاعاتی در مورد وضعیت شارژ باتری ، چقدر شارژ در باتری باقیمانده و در مورد آسیب های احتمالی به ما می دهد." "این روند سریع است و به نظر ما می توان به راحتی در فرآیندهای تولید ادغام شد." تکرار گزارش های مربوط به صدمات جدی ناشی از انفجار سیگار الکترونیکی و محدودیت در استفاده از انواع خاصی از تلفن های همراه در هواپیما نشان می دهد که نیاز به تشخیص نقص در سلول های باتری وجود دارد.

نویسندگان در مقاله PNAS اخیر خود اظهار داشتند: "قدرت تشخیصی این روش برای ارزیابی سلولها در تحقیق ، برای کنترل کیفیت یا در حین عمل امیدوار کننده است ." تابستان گذشته ، همان گروه کار دو رویداد در مورد فیزیک اتمی کاربردی و هسته ای با مشارکت بین المللی سطح بالا برگزار کردند. حدود 200 محقق از سراسر جهان به سؤالات فعلی درباره مغناطیس اتمی و سایر اشکال روشهای اندازه گیری کوانتومی پرداختند.

دانشمندان مجدداً فتوسنتز می کنند تا به آینده ما دامن بزنند

هیدروژن یک کالای اساسی با بیش از 60 میلیون تن است که سالانه در سطح جهان تولید می شود. با این حال بیش از 95 درصد آن با استفاده از بخار سوخت های فسیلی اصلاح می شود ، فرایندی که دارای انرژی است و دی اکسید کربن تولید می کند. اگر حتی می توانیم بخشی از آن را با بیوهیدروژن جلبک تولید کنیم که از طریق نور و آب ساخته می شود ، تأثیر قابل توجهی خواهد داشت.

این در واقع چیزی است که به تازگی در آزمایشگاه کوین ردینگ ، استاد دانشکده علوم مولکولی و مدیر مرکز بیوانرژی و فتوسنتز حاصل شده است. تحقیقات آنها با عنوان "فتوسنتز rewiring: a chimera Photosystem I- هیدروژناز که باعث ایجاد هیدروژن در داخل بدن می شود ، اخیراً در مجله تأثیر بالا انرژی و محیط زیست منتشر شد .

ردینگ توضیح داد: "آنچه ما انجام داده ایم این است که نشان دهیم که می توان الکترونهای پر انرژی را از فتوسنتز رهگیری کرد و از آنها برای رانندگی شیمی متناوب استفاده کرد ، در یک سلول زنده." ما در اینجا به عنوان نمونه از تولید هیدروژن استفاده کرده ایم. "

ایان گولد ، مدیر موقت دانشکده علوم مولکولی ، که بخشی از کالج هنرهای لیبرال و علوم است ، توضیح داد: "کوین ردینگ و گروهش دستاورد واقعی در مهندسی مجدد مجتمع Photosystem I داشته اند." "آنها فقط راهی برای تغییر مسیر یک ساختار پروتئین پیچیده ای که طبیعت برای یک هدف طراحی کرده بود ، برای انجام یک فرایند متفاوت ، اما به همان اندازه مهم ، پیدا نمی کردند ، بلکه آنها بهترین روش برای انجام آن در سطح مولکولی را پیدا کردند."

این دانش رایج است که گیاهان و جلبک ها و همچنین سیانوباکتری ها از فتوسنتز برای تولید اکسیژن و "سوخت ها" استفاده می کنند که دومی ماده اکسید شده مانند کربوهیدرات ها و هیدروژن هستند. دو مجتمع پروتئین رنگدانه وجود دارد که واکنشهای اصلی نور در فتوسنتز اکسیژن را ارکستر می کنند: فوتسیستم I (PSI) و Photosystem II (PSII).

جلبکها (در این کار جلبکهای تک سلولی Chlamydomonas reinhardtii یا به اختصار 'Chlamy') دارای آنزیمی به نام هیدروژناز هستند که از الکترونهایی که از پروتئین فریدوکسین دریافت می کنند ، استفاده می کند. مشکلی که وجود دارد این است که هیدروژناز جلبک به سرعت و غیرقابل برگشت با اکسیژن که به طور مداوم توسط PSII تولید می شود غیرفعال می شود.

در این مطالعه ، دانشجوی دکترا و نویسنده اول آندری کانیگین یک واسطه ژنتیکی PSI و هیدروژناز را ایجاد کرده است که در کنار هم جمع شده و در داخل بدن فعال هستند. این مونتاژ جدید الکترونها را به دور از تثبیت دی اکسید کربن به سمت تولید بیوهیدروژن هدایت می کند.

"ما فکر کردیم که برخی از رویکردهای متفاوت متفاوت باید مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین ، ایده دیوانه ما مبنی بر وصل کردن آنزیم هیدروژناز به طور مستقیم به Photosystem I است تا بتواند بخش بزرگی از الکترون ها را از تقسیم آب (توسط Photosystem II) برای ساخت هیدروژن مولکولی منحرف کند. ، "توضیح داد که ردینگ.

سلولهای بیان کننده سیستم جدید فتوسنتز (PSI-هیدروژناز) هیدروژن را با سرعت بالایی به روشی وابسته به نور ، برای چند روز می سازند.

این نتیجه مهم همچنین در مقاله آتی در Chemistry World — یک مجله ماهانه خبری شیمی منتشر شده توسط انجمن سلطنتی شیمی. این مجله به تحولات کنونی جهان شیمی از جمله تحقیق ، اخبار بین المللی تجارت و سیاست دولت می پردازد زیرا این امر بر جامعه علمی شیمیایی تأثیر می گذارد.

بودجه NSF بودجه این تحقیق بخشی از بنیاد علمی دوقلوی ایالات متحده و اسرائیل (BSF) است. در این چارچوب ، یک دانشمند آمریکایی و دانشمند اسرائیلی برای ایجاد یک پروژه مشترک به نیروها می پیوندند. شریک آمریکایی کمک مالی برای پروژه مشترک را به NSF تسلیم می کند ، و شریک اسرائیلی همان کمک هزینه را به ISF (بنیاد علوم اسرائیل) ارسال می کند. هر دو آژانس باید برای تأمین بودجه BSF ، برای تأمین بودجه پروژه موافقت کنند. پروفسور Iftach Yacoby از دانشگاه تل آویو ، شریک ردینگ در پروژه BSF ، دانشمند جوانی است که اولین بار از حدود هشت سال پیش در TAU شروع به کار کرد و به روشهای مختلفی برای افزایش تولید بیوهیدروژن جلبک متمرکز شده است.

به طور خلاصه ، مهندسی مجدد فرایندهای اساسی میکروارگانیسم های فتوسنتزی یک بستر ارزان و تجدید پذیر را برای ایجاد کارخانه های زیستی قادر به رانندگی واکنش های الکترونیکی دشوار ، تنها با استفاده از خورشید و استفاده از آب به عنوان منبع الکترونیکی ارائه می دهد.