Condensatoren zijn apparaten voor energieopslag - bestaande uit twee elektroden en een elektrolyt - die in staat zijn om snel op te laden en te ontladen vanwege de adsorptie- en desorptie-eigenschappen van de lading aan het elektrode-elektrolyt-interface. Omdat de energieopslag van condensatoren geen chemische reacties met zich meebrengt, is hun opslagcapaciteit lager dan die van lithium-ionbatterijen, maar ze zijn nuttig voor het nivelleren van het vermogen voor hernieuwbare energie die herhaaldelijk opladen met hoge stromen vereist, regeneratieve remenergie voor treinen en elektrische of hybride auto's, evenals apparaten voor onmiddellijke compensatie van spanningsverlies die apparatuurstoringen door blikseminslag voorkomen. Naar verwachting zullen ze in de nabije toekomst ook worden gebruikt om energie op te slaan voor draagbare apparaten.

De meeste condensatoren gebruiken een vloeibare elektrolyt met een laag kookpunt, die alleen kan worden gebruikt bij temperaturen onder 80℃. Keramische condensatoren die vaste anorganische materialen als diëlektricum gebruiken, kunnen worden gebruikt bij temperaturen boven 80 ℃, maar hun opslagcapaciteit is veel lager dan die van vloeibare elektrolytcondensatoren, wat hun gebruik tot elektronische circuits beperkt.

Om de energieopslag van condensatoren te vergroten, is het noodzakelijk om een ​​groot contactoppervlak te hebben op het grensvlak tussen de elektrode en de elektrolyt. Het maken van een groot contactoppervlak is moeilijk met vaste elektrolyten; dus het creëren van een condensator met een hoge opslagcapaciteit die ook bij hoge temperaturen kan werken, is al lang gewenst.

Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Akitoshi Hayashi aan de Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, heeft een vast elektrolyt ontwikkeld dat zeer vervormbaar is, waardoor het een groot contactoppervlak heeft met een elektrode, die is ontwikkeld om te worden gebruikt voor een oxide -gebaseerde volledig solid-state batterij.

In deze studie vervaardigden ze een composiet met dezelfde zeer vervormbare vaste elektrolyt en koolstof, en gebruikten deze vervolgens om beide elektroden te construeren voor een bulk-type volledig solid-state condensator. Deze condensator is in staat tot hoge stroomdichtheden en laden en ontladen met hoge capaciteit bij temperaturen van 200-300°C, waardoor 's werelds eerste bulk-type volledig solid-state condensatoren ontstaan. De onderzoekers verwachten dat hun condensator zal worden gebruikt om technologie voor omgevingen met hoge temperaturen te verbeteren, die voorheen niet konden worden ontwikkeld vanwege deze technische beperkingen.

"De sleutel tot het realiseren van deze condensator was om de vaste oxide-elektrolyten die we hebben ontwikkeld voor all-solid-state lithiumbatterijen - die uitstekende vervormbaarheid en lithium-iongeleidbaarheid combineren - te nemen en ze toe te passen op condensatoren", legt professor Hayashi uit.

In de toekomst hopen de onderzoekers volledig solid-state hybride condensatoren te bouwen met nog hogere energiedichtheden, door de chemische reactie tussen een vaste elektrolyt en koolstof te beheersen en ze vervolgens te combineren met positieve elektrodematerialen die worden gebruikt in lithium-ionbatterijen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Power Sources . + Verder verkennen

Ionische vloeistoffen maken een plons in de nieuwe generatie solid-state lithium-metaalbatterijen