Att kombinera två tillsatser i stället för ett för att underlätta införlivandet av litium i kondensatorer:det är den lösning som föreslagits av forskare från l'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes), i samarbete med Münster Electrochemical Energy Technology (University of Münster, Tyskland), för att främja lågkostnaden, enkel, och effektiv utveckling av litiumjonkondensatorerna som används för att lagra elektrisk energi. Denna forskning, publicerad i Avancerade energimaterial den 5 juni 2019, kommer att möjliggöra massmarknadsföring av dessa komponenter.

Elektrokemiska lagringssystem för el spelar en central roll i integrationen av förnybara energikällor, och är på väg att ta över sektorn för elektromobilitet. Det finns två lösningar för lagring av denna energi:litiumjonbatterier, som har fördelen av stor lagringskapacitet, och kondensatorer, som har mindre kapacitet, men kan ladda och ladda ur mycket snabbt ett stort antal gånger. Litiumjonkondensatorer (LIC) kombinerar det bästa från två världar.

Materialen som utgör litiumjonkondensatorer innehåller inte litiumjoner (eller elektroner), till skillnad från batterier. Det är därför nödvändigt att fortsätta med ett förstadium för att lägga till dem, så att enheten kan fungera. Två breda strategier används idag:antingen ett av kondensatorns beståndsdelar är preliminärt före dess integration, eller en tillsats med mycket litiumjoner kommer att omfördela dem bland kondensatorns material under den första laddningen. Ändå är dessa metoder dyra och komplexa, och kan minska enhetens kapacitet. Vad mer, majoriteten av tillgängliga preliminära tillsatser försämras vid kontakt med luften och/eller lösningsmedlen som används för att tillverka litiumjonkondensatorer. Kortfattat, även om några av de lösningar som har föreslagits fungerar idag, det finns inget "mirakelrecept" som är högpresterande, kraftig, enkel, och billigt.

Forskare från l'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS/Université de Nantes), i samarbete med Münster Electrochemical Energy Technology (University of Münster), mötte denna utmaning genom att inte bara använda en utan två tillsatser kopplade genom på varandra följande kemiska reaktioner. Deras analys visar att den främsta barriären för tidigare tillvägagångssätt var deras användning av en enda tillsats, som inte bara måste tillhandahålla litiumjoner och elektroner, men uppfyller också alla prisvillkor, kemisk stabilitet, och prestanda. Användningen av två tillsatser var och en med en specifik roll, med en som tillhandahåller litiumjoner och de andra elektronerna, erbjuder mycket större breddgrad, för de kan väljas oberoende för sitt pris, kemiska egenskaper, och prestanda. När en litiumjonkondensator laddas, den första tillsatsen (pyren, naturligt i vissa koltyper) frigör elektroner och protoner. Den andra tillsatsen, Li3PO4 (massproducerad inom glasindustrin, till exempel), fångar dessa protoner, och i sin tur släpper ut litiumjoner som sedan är tillgängliga för prelithiation.

En ytterligare fördel med detta tillvägagångssätt är att efter förhand, återstoden av en av de två tillsatserna som används, pyren, bidrar till lagring av avgifter, därigenom ökar mängden elektrisk energi som lagras i anordningen. Effektiviteten och mångsidigheten som erbjuds av denna nya metod öppnar vägen för en billig lösning för preliminering, vilket resulterar i litiumjonkondensatorer som kan lagra mer energi. Brytningen av denna tekniska barriär bör därför möjliggöra en snabbare kommersialisering av dessa enheter.