Moderna energilagringsenheter, som superkondensatorer och batterier, har mycket temperaturberoende prestanda. Om en enhet blir för varm blir den känslig för "termisk flykt". Termisk flykt – eller okontrollerad överhettning – kan i slutändan resultera i explosioner eller bränder. Att anta en välinformerad strategi för värmehantering är nödvändigt för en stabil och säker drift av enheter. För att göra detta är det viktigt att förstå hur vissa termiska egenskaper, som värmekapacitet (C_p ), ändras dynamiskt under laddning och urladdning.

Nyligen undersökte forskare från Gwangju Institute of Science and Technology de termiska egenskaperna hos elektriska dubbelskiktskondensatorer (EDLC) - en typ av superkondensatorer med hög effekt och lång livslängd - för en teknisk grund i termisk mätning och avslöjade betydande information. "Med hjälp av 3ω hot-wire-metoden kunde vi mäta förändringen i värmekapacitet hos EDLC:er i realtid i en mikroskopisk elektrod-elektrolytvolym, som är en aktiv plats för adsorption och desorption av joner," förklarar Prof. Jae Hun Seol, som ledde studien. Studien gjordes tillgänglig online den 5 februari 2022 och kommer att publiceras i International Journal of Heat and Mass Transfer den 1 juni 2022.

Forskargruppen genomförde experiment både in situ (under statiska förhållanden) och operando (under laddning). De fann att temperaturen på de positiva och negativa elektroderna ändrades med 0,92 % och 0,42 % under laddning, vilket motsvarade 9,14 % och 3,91 % minskningar av deras respektive C_p . "Enligt termodynamisk teori minskar den joniska konfigurationsentropin (ett mått på slumpmässighet) för ett system under adsorption, d.v.s. laddning. Detta påverkar också den fria energin i systemet. Tillsammans leder detta till en minskning av C_p ", förklarar prof. Seol.

Teamet varierade också koncentrationen av elektrolyten, kaliumhydroxid, för att se hur det påverkade EDLC-prestandan. De fann att EDLC visade maximal kapacitans och Cp-reduktion när elektrolytkoncentrationen var 8 M. De tillskrev detta till variationer i graden av hydratisering av joner och deras joniska rörlighet.

"En viktig aspekt av denna studie är att laddning och urladdning också förändrar C_p av EDLCs", säger Prof. Seol. "Dessa resultat kommer att utöka vår förståelse av den underliggande termiska fysiken hos EDLCs."

Dessa resultat kan faktiskt betraktas som ett stort steg mot framtida effektiva värmehanteringsstrategier, som kommer att skapa säkrare och mer pålitliga energilagringsenheter. + Utforska vidare

Jonofob elektrod ökar energilagringsprestanda