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Nuovo condensatore ad alta capacità resistente al calore creato con elettroliti solidi presi in prestito da batterie a stato solido

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Nuovo condensatore ad alta capacità resistente al calore creato con elettroliti solidi presi in prestito da batterie a stato solido

Il condensatore a stato solido simmetrico di tipo bulk, con uno strato LBSC SE tra due strati di elettrodi di un composito LBSC-CNT (a sinistra), ha mostrato una bassa resistenza ed era utilizzabile a 100–300 ° C (a destra). Credito: Hayashi, Università metropolitana di Osaka

I condensatori sono dispositivi di accumulo di energia, costituiti da due elettrodi e un elettrolita, in grado di caricarsi e scaricarsi rapidamente grazie alle proprietà di adsorbimento e desorbimento della carica nell’interfaccia elettrodo-elettrolita. Poiché l’accumulo di energia dei condensatori non comporta reazioni chimiche, la loro capacità di accumulo è inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio, ma sono utili per il livellamento della potenza per le energie rinnovabili che richiedono una ricarica ripetuta a correnti elevate, l’energia di frenata rigenerativa per i treni e l’energia elettrica o auto ibride, nonché dispositivi di compensazione della caduta di tensione istantanea che prevengono guasti alle apparecchiature dovuti a fulmini. Si prevede inoltre che verranno utilizzati per immagazzinare energia per i dispositivi indossabili nel prossimo futuro.

La maggior parte dei condensatori utilizza un elettrolita liquido con un basso punto di ebollizione, che può essere utilizzato solo a temperature inferiori a 80 ℃. I condensatori ceramici che utilizzano materiali inorganici solidi come dielettrici possono essere utilizzati a temperature superiori a 80 ℃, ma la loro capacità di accumulo è molto inferiore rispetto ai condensatori a elettrolita liquido, il che ne limita l’uso ai circuiti elettronici.

Per aumentare l’accumulo di energia dei condensatori, è necessario disporre di un’ampia area di contatto all’interfaccia tra l’elettrodo e l’elettrolita. Realizzare un’ampia area di contatto è difficile usando elettroliti solidi; quindi da tempo si desiderava realizzare un condensatore con elevata capacità di accumulo che potesse funzionare anche ad alte temperature.

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Akitoshi Hayashi presso la Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, ha sviluppato un elettrolita solido altamente deformabile, che gli consente di avere un’ampia area di contatto con un elettrodo, che è stato sviluppato per essere utilizzato per un ossido -Batteria a stato solido basata su tutto.

In questo studio, hanno fabbricato un composito utilizzando lo stesso elettrolita solido altamente deformabile e carbonio, quindi lo hanno utilizzato per costruire entrambi gli elettrodi per un condensatore a stato solido di tipo bulk. Questo condensatore è in grado di sopportare densità di corrente elevate e carica e scarica ad alta capacità a temperature di 200-300°C, creando i primi condensatori a stato solido di tipo bulk al mondo. I ricercatori prevedono che il loro condensatore sarà utilizzato per migliorare la tecnologia per ambienti ad alta temperatura, che non poteva essere sviluppata in precedenza a causa di queste limitazioni tecniche.

“La chiave per realizzare questo condensatore era prendere gli elettroliti di ossido solido che abbiamo sviluppato per le batterie al litio a stato solido, che combinano un’eccellente deformabilità e conduttività agli ioni di litio, e applicarli ai condensatori”, ha spiegato il professor Hayashi.

In futuro, i ricercatori sperano di costruire condensatori ibridi interamente a stato solido con densità di energia ancora più elevate, controllando la reazione chimica tra un elettrolita solido e carbonio, quindi combinandoli con materiali per elettrodi positivi utilizzati nelle batterie agli ioni di litio.

La ricerca è stata pubblicata nel Giornale delle fonti di energia.


Fornito dall’Università Metropolitana di Osaka

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