Ny varmetolerant, højkapacitetskondensator skabt med faste elektrolytter lånt fra faststofbatterier

Kondensatorer er energilagringsenheder - bestående af to elektroder og en elektrolyt - som er i stand til hurtig opladning og afladning på grund af ladningsadsorptions- og desorptionsegenskaber ved elektrode-elektrolytgrænsefladen. Fordi kondensatorers energilagring ikke involverer kemiske reaktioner, er deres lagringskapacitet lavere end lithium-ion-batterier, men de er nyttige til effektudjævning for vedvarende energi, der kræver gentagen opladning ved høje strømme, regenerativ bremseenergi til tog og elektriske el. hybridbiler, samt øjeblikkelige spændingsfaldskompensationsanordninger, der forhindrer udstyrsfejl på grund af lynnedslag. De forventes også at blive brugt til at lagre energi til bærbare enheder i den nærmeste fremtid.

De fleste kondensatorer bruger en flydende elektrolyt med et lavt kogepunkt, som kun kan bruges ved temperaturer under 80 ℃. Keramiske kondensatorer, der bruger faste uorganiske materialer som et dielektrikum, kan bruges ved temperaturer over 80 ℃, men deres lagerkapacitet er meget lavere end kondensatorer med flydende elektrolyt, hvilket begrænser deres brug til elektroniske kredsløb.

For at øge energilagringen af ​​kondensatorer er det nødvendigt at have et stort kontaktareal ved grænsefladen mellem elektroden og elektrolytten. Det er svært at lave et stort kontaktområde ved at bruge faste elektrolytter; så skabelsen af ​​en kondensator med høj lagerkapacitet, der også kan fungere ved høje temperaturer, har været ønsket i lang tid.

En forskergruppe ledet af professor Akitoshi Hayashi ved Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, har udviklet en solid elektrolyt, der er meget deformerbar, så den kan have et stort kontaktareal med en elektrode, som er udviklet til at blive brugt til et oxid -baseret all-solid-state batteri.

I denne undersøgelse fremstillede de en komposit ved hjælp af den samme meget deformerbare faste elektrolyt og kulstof, og brugte den derefter til at konstruere begge elektroder til en bulk-type all-solid-state kondensator. Denne kondensator er i stand til høje strømtætheder og højkapacitetsopladning og -afladning ved temperaturer på 200-300°C, hvilket skaber verdens første bulk-type all-solid-state kondensatorer. Forskerne forventer, at deres kondensator vil blive brugt til at forbedre teknologien til højtemperaturmiljøer, som ikke tidligere kunne udvikles på grund af disse tekniske begrænsninger.

"Nøglen til at realisere denne kondensator var at tage de faste oxidelektrolytter, som vi har udviklet til faststof-lithium-batterier - som kombinerer fremragende deformerbarhed og lithium-ion-ledningsevne - og anvende dem på kondensatorer," forklarede professor Hayashi.

I fremtiden håber forskerne at konstruere hybridkondensatorer i fast tilstand med endnu højere energitætheder ved at kontrollere den kemiske reaktion mellem en fast elektrolyt og kulstof og derefter kombinere dem med positive elektrodematerialer, der bruges i lithium-ion-batterier.

Forskningen blev offentliggjort i Journal of Power Sources . + Udforsk yderligere

Ioniske væsker laver et sprøjt i næste generations solid-state lithiummetalbatterier