Moderne energieopslagapparaten, zoals supercondensatoren en batterijen, hebben sterk temperatuurafhankelijke prestaties. Als een apparaat te heet wordt, wordt het vatbaar voor "thermal runaway". Thermal runaway - of ongecontroleerde oververhitting - kan uiteindelijk leiden tot explosies of branden. Het aannemen van een goed geïnformeerde strategie voor thermisch beheer is noodzakelijk voor de stabiele en veilige werking van apparaten. Om dit te doen, is het belangrijk om te begrijpen hoe bepaalde thermische eigenschappen, zoals warmtecapaciteit (C_p ), dynamisch veranderen tijdens opladen en ontladen.

Onlangs onderzochten onderzoekers van het Gwangju Institute of Science and Technology de thermische eigenschappen van elektrische dubbellaagse condensatoren (EDLC's) - een type supercondensator met een hoog vermogen en een lange levensduur - voor een technische basis in thermische metingen en onthulden belangrijke informatie. "Met behulp van de 3ω hot-wire-methode waren we in staat om de verandering in warmtecapaciteit van EDLC's in realtime te meten in een microscopisch elektrode-elektrolytvolume, dat een actieve plaats is voor de adsorptie en desorptie van ionen", legt prof. Jae Hun Seol, die de studie leidde. Het onderzoek is op 5 februari 2022 online beschikbaar gesteld en zal worden gepubliceerd in het International Journal of Heat and Mass Transfer op 1 juni 2022.

Het onderzoeksteam voerde experimenten uit zowel in situ (onder statische omstandigheden) als operando (tijdens opladen). Ze ontdekten dat de temperaturen van de positieve en negatieve elektroden tijdens het opladen met 0,92% en 0,42% veranderden, wat overeenkwam met een verlaging van 9,14% en 3,91% in hun respectievelijke C_p . "Volgens de thermodynamische theorie neemt de ionische configuratie-entropie (een maat voor willekeur) van een systeem af tijdens adsorptie, d.w.z. opladen. Dit beïnvloedt ook de vrije energie van het systeem. Samen leidt dit tot een afname van C_p ", legt prof. Seol uit.

Het team varieerde ook de concentratie van de elektrolyt, kaliumhydroxide, om te zien hoe dit de EDLC-prestaties beïnvloedde. Ze ontdekten dat de EDLC maximale capaciteit en Cp-reductie vertoonde wanneer de elektrolytconcentratie 8 M was. Ze schreven dit toe aan variaties in de mate van hydratatie van ionen en hun ionische mobiliteit.

"Een belangrijk aspect van deze studie is dat laden en ontladen ook C_p . verandert van EDLC's", zegt prof. Seol. "Deze bevindingen zullen ons begrip van de onderliggende thermische fysica van EDLC's vergroten."

Deze resultaten kunnen inderdaad worden beschouwd als een belangrijke stap in de richting van toekomstige effectieve strategieën voor thermisch beheer, die veiligere en betrouwbaardere apparaten voor energieopslag zullen creëren. + Verder verkennen

Ionofobe elektrode verbetert energieopslagprestaties