Hengittävä superkondensaattori

Superkondensaattorit ovat energiaa varastoivia laitteita, jotka täydentävät ladattavia akkuja ja voivat jopa korvata ne osittain.

Uusi lähestymistapa superkondensaattorin valmistamiseksi "hengittävällä" elektrodilla olisi paljon parempi.

Nykyaikaisessa sähköenergian varastoinnissa on yhdistettävä nopeutta ja kestävyyttä ja oltava mielellään myös kevyt. Valitettavasti menetelmät kondensaattorien energiatiheyden lisäämiseksi ovat aina tulleet tehotiheyden kustannuksella - kompastuskivi superkondensaattorien kehitykselle.

Long Chenin, Cheng Lianin, Xiangwen Gaon ja Chunzhong Li:n johtama tiimi Itä-Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta (Shanghai) ja Oxfordin yliopistosta on nyt alkanut saada tuloksia tämän haasteen voittamiseksi.

Heidän inspiraationsa tuli pienestä liskosta. Anolis-liskot elävät maalla, mutta voivat myös hengittää veden alla, kun ne sukeltavat etsimään ruokaa. Tätä varten ne kuljettavat mukanaan ilmakuplan, joka kiinnittyy niiden pään suomukerrokseen. Veden alla ne hengittävät tätä kuplaa toistuvasti sisään ja ulos.

Äskettäin kehitetty huokoisista hiilimateriaaleista valmistettu elektrodi voi myös pitää kiinni kaasukerroksesta, kun se upotetaan elektrolyyttinä toimivaan pöytäsuolaliuokseen. Käytetty kaasu ei kuitenkaan ole ilmaa, vaan se on klooria.

Latauksen ja purkamisen aikana tämä elektrodi käy läpi redox-reaktion superkondensaattorien tavanomaisen varauksen erotuksen lisäksi.

Latautuessaan elektrodi siirtää elektroneja kloorikaasuun, pelkistäen kloorin kloridi-ioneiksi, jotka liukenevat - elektrodi "hengittää ulos". Purkaessaan kloridi-ionit hapetetaan takaisin klooriksi, joka palauttaa kaasun elektrodin huokosiin – elektrodi "hengittää sisään".

Erilaisia analyyttisiä menetelmiä käyttämällä ryhmä osoitti, ettei kloorikaasua pääse ulos elektrodista. Erittäin nopea pelkistys/hapetus ja nopea massansiirto ohuessa kaasukerroksessa lisää rajusti superkondensaattorin energiatiheyttä säilyttäen samalla erittäin korkean tehotiheyden. Kapasiteetti pysyy samalla korkealla tasolla jopa tuhansien jaksojen jälkeen.

Tämän hengittävän superkondensaattorin katodina on moniseinäiset hiilinanoputket ja anodina NaTi2(PO4)3. Se pystyy varastoimaan 33 Wh/kg ominaisenergiaa ja 30 000 jakson aikana ilmeni vain mitätön kapasiteetin menetys. Energiatiheyttä voidaan edelleen parantaa 53 Wh/kg korvaamalla NaTi2(PO4)3 sinkkianodilla.

Lisäksi kloorikaasun poikkeuksellisen reaktiokinetiikan ansiosta tämä hengittävä superkondensaattori toteuttaa erittäin suuren tehotiheyden, 50 000 W/kg.