Mod en billig industrialisering af lithium-ion kondensatorer

Ved at kombinere to tilsætningsstoffer i stedet for et for at lette inkorporeringen af ​​lithium i kondensatorer:det er den løsning, der foreslås af forskere fra l'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes), i samarbejde med Münster Electrochemical Energy Technology (University of Münster, Tyskland), for at fremme lavprisen, enkel, og effektiv udvikling af litiumionkondensatorerne, der bruges til at lagre elektrisk energi. Denne forskning, udgivet i Avancerede energimaterialer den 5. juni 2019, vil muliggøre massemarkedsføring af disse komponenter.

Elektrokemiske lagersystemer til elektricitet spiller en central rolle i integrationen af ​​vedvarende energikilder, og er ved at overtage sektoren for elektromobilitet. Der er to løsninger til lagring af denne energi:lithium-ion-batterier, som har fordelen af ​​stor lagerkapacitet, og kondensatorer, som har mindre kapacitet, men kan oplade og aflade meget hurtigt et stort antal gange. Lithium-ion kondensatorer (LIC) kombinerer det bedste fra begge verdener.

Materialerne, der udgør lithium-ion-kondensatorer, indeholder ikke lithiumioner (eller elektroner), i modsætning til batterier. Det er derfor nødvendigt at fortsætte med et forudgående trin for at tilføje dem, så enheden kan fungere. To brede strategier bruges i dag:enten det ene af kondensatorens bestanddele er forudbestemt før dets integration, eller et additiv med højt indhold af lithiumioner vil omfordele dem til kondensatorens materialer under den første opladning. Men disse metoder er dyre og komplekse, og kan reducere enhedens kapacitet. Hvad mere er, størstedelen af ​​de tilgængelige prelithiation-additiver forringes, når de er i kontakt med luften og/eller opløsningsmidlerne, der anvendes til fremstilling af lithium-ion-kondensatorer. Kort sagt, selvom nogle af de løsninger, der er blevet foreslået, fungerer i dag, der er ingen "mirakelopskrift", der er højtydende, robust, enkel, og billigt.

Forskere fra l'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS/Université de Nantes), i samarbejde med Münster Electrochemical Energy Technology (University of Münster), imødekommet denne udfordring ved ikke kun at bruge et, men to additiver, der er koblet gennem på hinanden følgende kemiske reaktioner. Deres analyse viser, at den primære barriere for tidligere tilgange var deres anvendelse af et enkelt additiv, som ikke kun skulle levere lithiumioner og elektroner, men også opfylde alle prisbetingelser, kemisk stabilitet, og ydeevne. Brugen af ​​to tilsætningsstoffer hver med en bestemt rolle, hvor den ene leverer lithiumioner og den anden elektron, tilbyder meget større breddegrad, for de kan vælges uafhængigt af deres pris, kemiske egenskaber, og ydeevne. Når en lithium-ion-kondensator oplades, det første tilsætningsstof (pyren, naturlig i visse kultyper) frigiver elektroner og protoner. Det andet tilsætningsstof, Li3PO4 (masseproduceret i glasindustrien, for eksempel), fanger disse protoner, og frigiver til gengæld lithiumioner, der derefter er tilgængelige til præithiering.

En yderligere fordel ved denne fremgangsmåde er, at efter forudgående forkølelse, resten af ​​et af de to anvendte tilsætningsstoffer, pyren, bidrager til opbevaring af afgifter, derved øge mængden af ​​elektrisk energi, der er lagret i enheden. Effektiviteten og alsidigheden ved denne nye tilgang åbner vejen for en billig løsning til forbehandling, resulterer i lithium-ion kondensatorer, der kan lagre mere energi. At bryde denne teknologiske barriere bør derfor muliggøre en hurtigere kommercialisering af disse enheder.