論文の概要: Quantum magnetic imaging of current density in lithium-ion batteries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.01125v1
• Date: Sun, 30 Nov 2025 22:32:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.597342
• Title: Quantum magnetic imaging of current density in lithium-ion batteries
• Title（参考訳）: リチウムイオン電池の電流密度の量子磁気イメージング
• Authors: W. Evans, T. Coussens, M. T. M. Woodley, A. M. Fabricant, G. D. Kendall, M. Sonnet, D. Wasylowski, D. U. Sauer, F. Oručević, P. Krüger,
• Abstract要約: 本稿では,光ポンピング磁力計(OPM)を用いて内部力学をリアルタイムに可視化する感度量子磁気計測法を提案する。 測定結果は超伝導量子干渉デバイス(SQUID)磁気メトリーとベンチマークされ、3次元有限要素シミュレーションで検証される。 この研究は、電池電流密度のOPMベースの磁気イメージングを、細胞開発、製造品質保証、二次寿命評価に潜在的に影響を与える強力な診断ツールとして確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The projected rapid growth of battery cell production over the next decade demands advanced diagnostic tools for quality control, ageing prediction, and recycling. Most existing techniques lack the spatial and temporal resolution required to capture internal electrochemical processes non-invasively. Here, we present magnetic imaging of current densities in battery cells, a sensitive quantum-magnetometry method that uses optically pumped magnetometers (OPMs) to perform real-time imaging of internal dynamics in open-circuit configuration. We demonstrate this approach for monitoring relaxation processes in 6000 mA h lithium-ion cells following pulsed discharges across a range of pulse durations and currents as well as states of charge. The measurement results are benchmarked against superconducting-quantum-interference-device (SQUID) magnetometry and validated with three-dimensional finite element simulations. Equivalent circuit models are employed to interpret the relaxation profiles, revealing spatially resolved features and transient magnetic-field signatures that are inaccessible with complementary non-invasive techniques such as electrochemical impedance spectroscopy (EIS). This work establishes OPM-based magnetic imaging of battery current density as a powerful diagnostic tool with potential impact on cell development, manufacturing quality assurance, and second-life assessment.
• Abstract（参考訳）: 今後の10年間でのバッテリー生産の急速な成長は、品質管理、老朽化予測、リサイクルのための高度な診断ツールを必要としている。 既存の技術のほとんどは、内部の電気化学過程を非侵襲的に捉えるのに必要な空間分解能と時間分解能を欠いている。 本稿では、光ポンピング磁気センサ(OPM)を用いて、電池セル内の電流密度のイメージングを行い、オープン回路構成における内部ダイナミクスのリアルタイムイメージングを行う。 6000mAhリチウムイオンセルのパルス放電と電流および電荷状態の緩和過程のモニタリングを行う。 測定結果は超伝導量子干渉デバイス(SQUID)磁気メトリーとベンチマークされ、3次元有限要素シミュレーションで検証される。 等価回路モデルを用いて緩和プロファイルを解釈し、電気化学インピーダンス分光法(EIS)のような相補的非侵襲的技術に到達できない空間的解決された特徴と過渡磁場シグネチャを明らかにする。 この研究は、電池電流密度のOPMベースの磁気イメージングを、細胞開発、製造品質保証、二次寿命評価に潜在的に影響を与える強力な診断ツールとして確立する。

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