Chiński superkondensator lekarstwem na akumulatorowe problemy
Chiny właśnie pochwaliły się przełomem w dziedzinie technologii superkondensatorów, obiecując znaczne ulepszenia w magazynowaniu energii i wydajności pojazdów elektrycznych. Superkondensatory, znane także jako ultrakondensatory, różnią się fundamentalnie od tradycyjnych akumulatorów, bo magazynują energię poprzez separację jonów, a nie reakcje chemiczne. Dzięki możliwości błyskawicznego ładowania i natychmiastowego oddawania energii są szeroko stosowane m.in. w systemach hamowania rekuperacyjnego, szybkich ładowarkach i różnych zastosowaniach energetycznych. Ich wpływ na rynek magazynowania energii jest jednak aktualnie marginalny, ale to może się wkrótce zmienić.
Czytaj też: Nikt nigdy tego nie osiągnął. Te “okna słoneczne” zbudują nam lepszą przyszłość
W przeciwieństwie do klasycznych akumulatorów, superkondensatory składają się z dwóch elektrod, elektrolitu oraz separatora. Pod wpływem przyłożonego napięcia jony w elektrolicie gromadzą się błyskawicznie na powierzchniach elektrod, tworząc tzw. podwójne warstwy ładunku. Dzięki temu procesowi fizycznemu możliwe jest bardzo szybkie ładowanie i rozładowywanie. Jednak tradycyjne elektrolity wodne mają swoje ograniczenia — cząsteczki wody rozpadają się przy niskim napięciu, co ogranicza pojemność energetyczną, a ich niestabilność termiczna prowadzi do zamarzania w niskich temperaturach i parowania w wysokich. Innymi słowy, nie nadają się w swojej podstawowej formie do szerokiego zastosowania na komercyjnym rynku.
Oto jednak chińscy naukowcy opracowali nowy układ hybrydowego elektrolitu, łączący wodę, ciecz jonową (EMIMNTf₂) oraz trifluorometanosulfonian potasu (KOTf). Zazwyczaj ciecz jonowa i woda są trudne do połączenia, ale w tym przypadku dodatek soli potasowej stabilizuje mieszaninę. Ta trójskładnikowa konfiguracja reorganizuje interakcje pomiędzy wodą a jonami potasu, znacząco ograniczając skłonność wody do rozkładu przy wyższych napięciach. Dzięki takiej nowej konfiguracji maksymalne napięcie operacyjne superkondensatora wzrosło do 3,37 V, a więc niemal trzykrotnie więcej niż w przypadku tradycyjnych elektrolitów wodnych, które są ograniczone do około 1 V, co zbliża tę technologię do parametrów niskonapięciowych ogniw litowo-jonowych. To jednak nie koniec zalet tej nowej mieszanki elektrolitowej.
Czytaj też: Chiny zaskakują świat. Patrzysz i nie wiesz, czy tego nagrania nie zrobiła sztuczna inteligencja
Chińczycy odkryli, że nowy elektrolit wykazuje wyjątkową stabilność temperaturową, funkcjonując w zakresie od 0°C do 100°C i rozwiązując tym samym istotny problem uniemożliwiający dotychczas szersze zastosowanie tej technologii. Szczególnie imponująca jest też trwałość, bo testy wykazały, że po 10000 cyklach ładowania i rozładowywania w temperaturze około 60°C superkondensator zachował aż 81,8% swojej pierwotnej pojemności. To wynik znacząco przewyższający komercyjne standardy i sugerujący ogromny potencjał w wymagających warunkach eksploatacyjnych, bo typowe superkondensatory tracą ok. 20–30% po 5000 cyklach.
Czytaj też: W naszych gniazdkach elektrycznych “płynął węgiel”, ale tańszy prąd już nadchodzi
Jak to jednak bywa ze spektakularnymi sukcesami w rozwoju akumulatorów, pomimo imponujących wyników, pozostaje kilka istotnych kwestii, które wstrzymują rychłą rewolucję na rynku konsumenckim. Skala produkcji tego hybrydowego elektrolitu na poziomie przemysłowym wciąż pozostaje nieznana, a ponadto, wdrożenie tej technologii do obecnej architektury pojazdów elektrycznych będzie wymagało istotnych zmian projektowych i technologicznych. Jeśli jednak te bariery zostaną pokonane, omawiane rozwiązanie może oznaczać punkt zwrotny w rozwoju pojazdów elektrycznych — ograniczając uzależnienie od klasycznych akumulatorów znanych ze swojego negatywnego wpływu na środowisko oraz wolniejszych cykli ładowania.