Bardziej pojemne akumulatory dzięki polu magnetycznemu

[Komentator]

Konstruktorzy z MIT przedstawili nowy sposób na zwiększenie pojemności elektrod akumulatorów litowo-jonowych w stosunku do ich powierzchni. Różnica może być nawet trzykrotna 12 mAh/cm², w porównaniu z 4 mAh/cm^2!Rozwiązanie to może okazać się przydatne szczególnie w pojazdach elektrycznych.

UWAGA, to tylko wstęp! Dalsza część artykułu dostępna jest na blogu.

Przeczytaj całość »

Poniżej znajdują się komentarze powiązane z tym wpisem.

[torcek]

Jednym z minusów li-ion względem li-po jest spore pole magnetyczne. Pytanie czy zastosowanie tej metody nie wpłynie jeszcze bardziej na niekorzyść pod tym względem?

[marek1707]

"Jednym z minusów li-ion względem li-po jest spore pole magnetyczne."

Mógłbyś to wyjaśnić?

A opisywana w artykule metoda dotyczy magnetycznego sposobu porządkowania struktury elektrod podczas ich produkcji a nie późniejszego używania akumulatora.

[torcek]

Stwierdzam to tylko na podstawie moich obserwacji, takich że odczyty z magnetometrów wariują przy li-ionach, natomiast przy li-polach nie 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Masz stały uchyb związany np. z materiałem obudowy akumulatora? Wzrósł szum odczytów czy znalazłeś jakieś zakłócenia okresowe? Bo wiesz, tu raczej żadnej magii nie ma. Przewody z prądem wytwarzają pole magnetyczne, które bezpośrednio wpływa na jego czujniki. Czy Twoje spostrzeżenia dotyczą dwóch różnych konstrukcji, czy tej samej w której po prostu zamieniłeś jeden akumulator na drugi? Czy były różnice w połączeniach, okablowaniu, wzajemnym położeniu, pracy napędów? Badałeś to jakoś czy zadowoliłeś się banalnym "to wina akumulatora"? A przede wszystkim wyjaśnij co znaczy "wariują", bo to nie jest forum o zjawiskach nadprzyrodzonych tylko takie bardziej techniczne.

[Lukaszm]

Ja w ostatnio budowanym urządzeniu też się nadziałem na spore pole magnetyczne wytwarzane przez akumulatory Li-Ion. W jednej obudowie zamontowałem akumulatory i moduł z magnetometrem.

Pole magnetyczne Ziemi jest na poziomie 40uT. Magnetometr ustawiony na zakres 880uT wskazywał maksymalną wartość w jednej z osi. Po zwiększeniu zakresu (nie pamiętam już na jaki, ale chyba 2 razy większy) wskazania mieściły się w ustawionym zakresie. Niestety tak duża składowa stała po kalibracji nadal negatywnie wpływała na uzyskiwane wyniki (tzn. położenie kątowe względem pola magnetycznego) i w rezultacie musiałem magnetometr przenieść poza główną obudowę.

Takie moje przygody z Li-Ionami i polem magentycznym.

[marek1707]

No dobra, to już dużo lepszy opis, przynajmniej nic Ci nie "wariowało". W sumie nie powinieneś się dziwić. Ogniwa litowo-jonowe zarówno te pryzmatyczne jak i cylindryczne są pakowane w obudowy z cienkiej, stalowej blaszki (a popularne, modelarskie pakiety LiPoly już nie). Jakbyś położył obok dużą śrubkę albo nóż, miałbyś ten sam efekt. Nie jest to związane z "akumulatorowością" ani "litowością" samego ogniwa tylko z jego obudową i jej namagnesowaniem. Gdy robiłem kiedyś testy rozdzielczości i szumów magnetometrów to zauważyłem, że właściwie każdy sprzęt lub narzędzie jakiego używam zaburzało składową stałą. Przy dużym uśrednianiu i bardzo małym paśmie, nożyczki wystarczyło zbliżyć na 1 metr od punktu pomiarowego i już widziałem zmianę kierunku wektora pola. Sprawę pogarszają też wszelkiego rodzaju kątowniki stalowe, śruby, nakrętki, słupki, ekrany (np. modułów radiowych) itp. Nie wspominając o głośnikach czy silnikach..

W każdym razie pomysł by dodawać do elektrod materiał magnetyczny który porządkuje ich strukturę a potem jest odparowywany wydaje się bardzo dobry. Rzadko kiedy w przypadku obecnych technologii udaje się coś poprawić choćby o 20% a tu mamy wzrost trzykrotny. Właściwie to.. nie do wiary 🤯

[torcek]

Zgadza się. Nawet zwykłe przyłożenie nożyczek czy długopisu jest zauważalne na przebiegach z pomiarów magnetometru. W moim przypadku był to magnetometr HMC5883L. Ogniwa litowo jonowe cylindryczne. Być może nie jest to związane z "żadną akumulatorowością ani litowością samego ogniwa", ale skoro producent dostarcza je w takiej formie, to ja przecież nie będę (i też nie powinienem) ingerować w strukturę całego akumulatora, prawda?

Kontrowersyjne wariowanie: w moim przypadku zakłócenia nie były powtarzalne, i wymiana akumulatora na bliźniaczy powodowała przekłamane odczyty headingu magnetometru (np. zamiast wskazywać północ wskazywany był wschód). Oczywiście była przeprowadzana odpowiednia kalibracja.

Ciekaw jestem czy są jakieś inne sposoby na odseparowanie magnetometru od pola magnetycznego całego pakietu akumulatora li-ion, inne niż zwiększenie dystansu pomiędzy nimi. Jakaś folia? Np. stalowa?

[marek1707]

Tak, do ekranowania magnetycznego służą specjalne stale miękkie (magnetycznie) czyli takie, które mają bardzo wąską pętlę histerezy i dzięki temu nie magnesują się trwale. To był przecież duży problem w sprzęcie audio, gdy jeszcze stosowano transformatory 50Hz siejące wolnozmiennym polem po całym wzmacniaczu. Conajmniej 1mm blacha z takiej stali tłumiła zakłócenia 1000 razy. Wciąż są dostępne specjalne blachy i taśmy z takich materiałów. Dobrze działa też ferryt - można kupić kostki, kształtki i arkusze (nawet samoprzylepne) obecnie używane do ekranowania modułów elektronicznych (szybkich procesorów, pamięci i całych PCB) przed ulotem w celu spełnienia wymagań na poziom promieniowanych EMI. Niestety tu pojawia się kolejny problem: przecież taki ekran stłumi też pole magnetyczne Ziemi. Każda rzecz która dobrze ekranuje, "zwiera" linie sił pola czyli jednocześnie "przyciąga i skupia" je w sobie, zakłócając zwrot i wartość wektora ziemskiego pola. Przecież właśnie na tym polega ekranowanie. I ta zmiana natężenia i zwrotu pola zachodzi w zakresie składowej stałej a więc zakłócenie jest nieodróżnialne w magnetometrze od rzeczywistego sygnału którego szukamy. Nie ma rady. Nawet sondy kosmiczne (dysponujące przecież z naszego punktu widzenia praktycznie nieskończonymi budżetami) mają czułe magnetometry wystawione na długich tyczkach daleko od siebie - nie ma lepszego sposobu jak zwiększanie odległości. I oczywiście generowanie jak najmniej zakłóceń..

Tak więc robot który ma precyzyjnie znać azymut powinien mieć wyniesiony czujnik pola na drewnianym lub aluminiowym wysięgniku min. 10-20 cm poza obudowę (w żadnym razie stalową) a samo mocowanie modułu na wysięgniku nie powinno zawierać żadnych stalowych śrub, podkładek, kątowników itp. Słowem niczego co ma wpływ na przebieg linii sił pola magnetycznego. Tylko tworzywa sztuczne, guma, laminat itp. Warto przewidzieć to wcześniej.

EDIT: Oczywiście torcek, wszelkie przeróbki ingerujące do wnętrza ogniwa litowego są niedopuszczalne a każde jego rozhermetyzowanie jest równoznaczne ze zniszczeniem.

EDIT2: Każdy stalowy element magnesuje się w ziemskim polu trwale w kierunku w jakim leży. Jeżeli akumulatory leżały w szufladzie w sposób przypadkowy, to tak też były namagnesowane ich obudowy. I dlatego wymiana jednej sztuki na drugą powodowała inną zmianę kierunku pola. Gdybyś zrobił sobie proste urządzenie do rozmagnesowywania (elektromagnes z zanikającym przemiennym polem magn. - jak w starych, kineskopowych telewizorach kolorowych), koperty ogniw byłyby porzynajmniej obojętne magnetycznie. Nie wprowadzałyby tak dużego własnego offsetu ale to nie znaczy, że nie działałyby jak "wsysacz i zagęszczacz" linii sił pola co także powoduje lekkie odchylenie wektora w bezpośrednim otoczeniu przedmiotu. Na pewno jednak nie byłoby wtedy efektu znacznego wzrostu natężenia i wychodzenia poza zakres magnetometru.