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需求背景

超薄储能材料是储能技术的核心器件之一，其电极材料是影响储能性能的关键部分。为了实现超薄储能材料电导率的非接触式检测，避免对电极材料造成损坏和玷污，本项目拟提出超薄储能材料电导率的感应式磁声检测新方法，研究超薄储能材料电导率的非接触式检测和定量分析问题。针对交变磁场和静磁场激励，建立超薄储能材料的声场、电磁场、力场、温度场等多场耦合的物理模型，研究基于磁声、热声效应融合的有限元数值仿真方法;探索超薄储能材料电导率与磁声、热声之间相互影响机理，找到有助于提高此检测法分辨率的最佳脉冲电磁激励参数、静磁场参数及接收超声参数、布局等;在磁声效应和热声效应共同作用下，研究基于感应式磁声检测技术的洛伦兹力散度-热函数和电导率高效迭代重建算法。本项目涉及先进非接触式检测前沿理论，研究成果可有效提高超薄储能材料电导率非接触式检测能力和效率，可为超级电容器的研制和应用提供重要支撑。

需解决的主要技术难题

近年来，随着化石燃料的大量使用，导致能源枯竭问题和产生严峻的环境污染问题，已成为当今世界发展所面临的两大难题，寻求新型能源或者发展储能装置已迫在眉睫。同时随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，新能源将成为未来电力能源的主体，储能器件是支撑我国大规模发展新能源的关键技术之一[1-2]。超薄超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能器件，成为国内外储能器件研究的重点[3-6]。

超薄超级电容器的电极承担着电荷积累、产生电容的作用，因此研究超薄超级电容器的核心问题就是研究电极材料，而其电导率决定了电极材料的性能[7]。所以，电导率的准确检测对超级电容器的研制和应用具有十分重要的意义。

目前超薄超级电容器电极材料电导率的检测方法有四探针法[8]和感应式热声检测法[9]。四探针法是接触式检测，一方面，由于其电极材料很薄，压力过大时会损坏待测材料，从而产生检测误差；另一方面，要求材料的形状是规则的，不能实现任意形状的目标体电导率的检测。感应式热声检测法是可以实现非接触式超级电容器电导率的检测，然而此法在综合定量评估检测超薄储能材料电导率方面存在明显制约因素。由于超薄超级电容器边界电导率突变比较大，而感应式热声检测法反映的是目标体的内部电导率信息，针对目标体的边界电导率突变信息反映不明显。因此，发展高对比度、高分辨率、高精度的新型非接触式检测超薄储能材料电导率方法非常必要。本项目拟将感应式磁声成像方法应用于超薄储能材料电导率的非接触式检测，在此命名为感应式磁声检测法。

由于针对生物组织的医学成像研究，通常假设生物组织是流体，而储能材料最终的状态是固态，所以应用于生物组织的感应式磁声成像方法[10]的计算公式是不适应于超薄储能材料，因此需要研究固体模型的感应式磁声成像检测电导率方法的基本理论。

期望实现的主要技术目标

（1）是一种非接触式的电导率检测方法；

（2）结合了电阻抗成像、超声检测的高对比度、高分辨率的优点。

（3）采用感应式磁场激励方式，避免了四探针法无法穿过绝缘层等材料的问题，检测灵敏度高；

（4）探测的信号为超声信号，信噪比高，电磁干扰的影响小；

项目研究成果将有利于推动储能材料技术相关理论的发展，拓展储能材料技术的应用领域，可为我国新能源技术进步提供创新思路与科学支撑，同时，项目研究的重要结果、结论也可为生物医学研究方面，比如肺部疾病检查、疾病的早期诊断和治疗等，提供关键的理论和应用基础

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-31

袁鑫

重庆西南大学

教授

综合评价

技术需求清晰

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