Symmetrisk helsolid-state kondensator av bulktyp, med ett LBSC SE-lager mellan två elektrodlager av en LBSC-CNT-komposit (vänster), visade lågt motstånd och kunde användas vid 100–300 °C (höger). Kredit:Hayashi, Osaka Metropolitan University
Kondensatorer är energilagringsenheter - som består av två elektroder och en elektrolyt - som kan laddas och laddas ur snabbt på grund av laddningsadsorption och desorptionsegenskaper vid elektrod-elektrolytgränssnittet. Eftersom kondensatorernas energilagring inte involverar kemiska reaktioner är deras lagringskapacitet lägre än för litiumjonbatterier, men de är användbara för effektutjämning för förnybar energi som kräver upprepad laddning vid höga strömmar, regenerativ bromsenergi för tåg och elektriska resp. hybridbilar, samt momentana spänningsfallskompensationsanordningar som förhindrar utrustningsfel på grund av blixtnedslag. De förväntas också användas för att lagra energi för bärbara enheter inom en snar framtid.
De flesta kondensatorer använder en flytande elektrolyt med låg kokpunkt, som endast kan användas vid temperaturer under 80 ℃. Keramiska kondensatorer som använder fasta oorganiska material som dielektrikum kan användas vid temperaturer över 80 ℃, men deras lagringskapacitet är mycket lägre än flytande elektrolytkondensatorer, vilket begränsar deras användning till elektroniska kretsar.
För att öka energilagringen av kondensatorer är det nödvändigt att ha en stor kontaktyta vid gränsytan mellan elektroden och elektrolyten. Att skapa en stor kontaktyta är svårt med fasta elektrolyter; så skapandet av en kondensator med hög lagringskapacitet som också kan arbeta vid höga temperaturer har varit önskvärt under lång tid.
En forskargrupp ledd av professor Akitoshi Hayashi vid Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, har utvecklat en solid elektrolyt som är mycket deformerbar, vilket gör att den kan ha en stor kontaktyta med en elektrod, som utvecklats för att användas för en oxid -baserat helsolid-state batteri.
I den här studien tillverkade de en komposit med samma mycket deformerbara fasta elektrolyt och kol, och använde den sedan för att konstruera båda elektroderna för en helsolid-state kondensator av bulktyp. Denna kondensator är kapabel till höga strömtätheter och högkapacitetsladdning och urladdning vid temperaturer på 200-300°C, vilket skapar världens första bulk-typ helsolid-state kondensatorer. Forskarna förväntar sig att deras kondensator kommer att användas för att förbättra teknik för högtemperaturmiljöer, som inte kunde utvecklas tidigare på grund av dessa tekniska begränsningar.
"Nyckeln till att förverkliga denna kondensator var att ta de fasta oxidelektrolyterna som vi har utvecklat för helfasta litiumbatterier - som kombinerar utmärkt deformerbarhet och litiumjonledningsförmåga - och applicera dem på kondensatorer", förklarade professor Hayashi.
I framtiden hoppas forskarna kunna konstruera hybridkondensatorer i fast tillstånd med ännu högre energidensiteter, genom att kontrollera den kemiska reaktionen mellan en fast elektrolyt och kol och sedan kombinera dem med positiva elektrodmaterial som används i litiumjonbatterier.
Forskningen publicerades i Journal of Power Sources . + Utforska vidare
