Conservazione e conversione dell'energia

Supercondensatori ad alta densità di energia

I supercondensatori (noti anche come ultracondensatori, condensatori elettrochimici o condensatori a doppio strato) sono dispositivi elettrochimici che immagazzinano, rilasciano cariche e erogano energia ad alta densità in brevi periodi di tempo. La loro capacità di immagazzinare l'energia elettrica in modo efficiente e rilasciarla molto rapidamente li rende ideali per applicazioni in cui l'alimentazione di backup a breve tempo e le esigenze di potenza di picco sono critici.

Utilizzando nanomateriali particolari i ricercatori presso l’istituto UCLA California NanoSystems hanno preparato condensatori “LSG-manganese”, che "accumulano tanta carica elettrica come una batteria al piombo" e che "tuttavia può essere ricaricata in pochi secondi e immagazzinare circa sei volte la capacità dei supercondensatori attualmente disponibili in commercio".

> Per saperne di più sui condensatori LSG manganese

E la strumentazione elettrochimica per analizzarli

Lo sviluppo di supercondensatori come questi richiede un’analisi elettrochimica rigorosa. Metrohm Autolab offre la strumentazione adeguata per tali analisi.

> Maggiori info sull'analisi elettrochimica con Metrohm Autolab

Anioni e cationi in cromatografia ionica

Batterie agli ioni di litio (Li-ion) sono la tecnologia di stoccaggio più importante per le applicazioni portatili e mobili. Eccellono con uno dei migliori rapporti peso/potenza, nessun effetto memoria ed una lenta perdita della carica quando non sono in uso. Nello sviluppo e l'ottimizzazione delle batterie agli ioni di litio, uno degli aspetti di particolare interesse è il contenuto di ioni come litio, fluoro, e esafluorofosfato nell'elettrolita o in eluati di diversi componenti.

940 Professional IC Vario, open

Con la cromatografia ionica, è possibile determinare vari anioni e cationi inorganici ed organici in parallelo e in un ampio intervallo di concentrazioni. Tutte le misure di preparazione dei campioni che possono essere richiesti (eluizione, diluizione, filtrazione) possono essere automatizzate con le tecniche Metrohm Inline Sample Preparation (“MISP”). 

Possono essere determinati i seguenti ioni:

  • fluoro, esafluorofosfato, tetrafluoroborato, e litio in eluati di singoli componenti come anodi e catodi
  • fluoro, esafluorofosfato e litio negli elettroliti

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Acqua nelle batterie al Litio

L’elettrolita di una batteria è costituito da miscele di solventi aprotici e sali di litio. Le batterie agli ioni di litio devono essere completamente prive d’acqua (<20 mg/l), perché l'acqua reagisce con il sale conduttore, ad esempio, LiPF6, per formare acido fluoridrico.

Il contenuto d’acqua nell'elettrolita è determinato utilizzando la tecnica Karl Fischer coulometrica e il metodo con il forno. In alternativa, l'iniezione manuale o automatica con l’unità di dosaggio può essere applicata. Oltre che nel'elettrolita, l'acqua può essere determinata in tutte le parti della batteria- dalle materie prime ed elettroliti utilizzati per rivestire l'anodo e catodo alle preparazioni di rivestimento dell'elettrodo.

> Maggiori info sulla titolazione Karl Fischer

Caratterizzazione elettrochimica di …

… batterie, materiale per elettrodi ed elettroliti

Al giorno d’oggi esistono un gran numero di batterie di secondo grado. Questo gruppo comprende, per esempio, il tipo di batteria più usato al mondo, piombo-acido o NiCd / NiMH, ione litio, metallo-aria, sodio-zolfo e sodio-nichel, oltre ad una serie di tecnologie in sviluppo. La potenza totale delle batterie è determinata dalle proprietà degli elettroliti utilizzati e dal tipo di materiale usato per l’anodo e il catodo. Metodi elettrochimici sono adatti per:

  • determinazione delle caratteristiche di corrente / tensione
  • test per l'inversione di polarità (carica) di batterie
  • caratterizzazione dei effetti dell'invecchiamento mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS)
  • registrazione dei cicli di carica e scarica 
  • determinazione della capacità della batteria
  • misura della resistenza degli elettroliti e della resistenza di trasferimento di carica (reazione d’elettrodo)
  • determinare la capacità di alta corrente e valutazione della massima potenza assorbita

Strumenti Metrohm Autolab sono ideali per la caratterizzazione e sviluppo di materiali per batterie, ad esempio, materiale anodico e catodico, elettroliti, strati limite e la determinazione di Fe (II) e Fe (III) in litio-ferro-fosfato.

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… supercondensatore

Le prestazioni di un supercondensatore è determinata misurando la sua capacità (che può variare con il potenziale applicato) e la resistenza serie equivalente (ESR). Questi parametri possono essere misurati caricando il supercondensatore a corrente costante e monitorare la risposta in potenziale (cronopotenziometria), applicare un impulso di potenziale e monitorare la risposta in corrente (cronoamperometria), o con spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Qualunque cosa si voglia misurare, Metrohm Autolab ha lo strumento appropriato.

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… celle a combustibile

Le celle a combustibile sono considerate sistemi di accumulo di energia chimica che producono energia elettrica ossidando idrogeno o metano. Essi lavorano con un rendimento superiore ai motori termici e non producono anidride carbonica. Le celle a combustibile sono diverse dalle batterie in quanto richiedono una fonte di combustibile continua a sostenere la reazione chimica. Finché sono forniti i combustibili, le celle producono energia elettrica.

Esistono diversi tipi di celle a combustibile, come alcalina (AFC), membrana elettrolitica polimerica (PEMFC), metanolo diretto (DMFC), acido fosforico (PAFC), carbonati fusi (MCFC), o celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC).

Caratterizzazione delle celle a combustibile comprende spettroscopia elettrochimica di impedenza (EIS) così come le curve di polarizzazione e di densità di potenza della cella puntando alle condizioni operative ottimali.

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Testimonial

"Abbiamo utilizzato gli strumenti Metrohm per gli ultimi dieci anni ... senza alcun problema."

Prof. S. Basu, Dip. di Ingegneria Chimica, Indian Institute of Technology, Delhi