Przechowywanie i konwersja energii

Superkondensator o wysokiej gęstości energii

Superkondensatory (znane również jako ultrakondensatory, kondensatory elektrochemiczne, lub kondensatory o podwójnej warstwie) są elektrochemicznymi urządzeniami zdolnymi do przechowywania oraz uwalniania prądu oraz dostarczania energii o wysokiej gęstości przez krótki okres czasu.  Ich zdolność do wydajnego przechowywania energii elektrycznej, a także jej szybkiego uwalniania, sprawia że są one idealne do zastosowań, gdzie niezbędne i krytyczne jest krótkotrwałe zasilanie awaryjne o maksymalnym natężeniu.

Wykorzystując specjalne nanomateriały, naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Nanosystemów przygotowali”LSG-manganowe kondensatory”, które ”przechowują tyle energii, ile akumulatory kwasowo-ołowiowe”, i które”można ładować w ciągu kilku sekund, przechowując sześć razy tyle energii, ile w zwykłych, komercyjnie dostępnych superkondensatorach”.

> Dowiedz się więcej na temat  kondensatorów LSG-manganowych

Instrumenty do analizy elektrochemicznej

Rozwój superkondensatorów takich jak ten wymaga dokładnej analizy elektrochemicznej. Metrohm Autolab zapewnia instrumenty do takich badań
.

> Więcej informacji o analizie elektrochemicznej za pomocą Metrohm Autolab 

Analiza anionów i kationów z wykorzystaniem chromatografii jonowej

Baterie litowo-jonowe są najbardziej istotną technologią wykorzystywaną do przenośnych i mobilnych zastosowań. Podczas opracowywania
i optymalizacji baterii litowo-jonowych, jednym z interesujących aspektów jest zawartość takich jonów jak lit, fluorki oraz heksafluorosiarczany
w roztworach elektrolitycznych.

Za pomocą chromatografii jonowej, jest możliwe oznaczenie różnych nieorganicznych i organicznych anionów oraz kationów w jednym czasie, w szerokim zakresie stężeń. Wszelkie kroki obejmujące przygotowanie próbki, które są wymagane (wypłukiwanie, rozcieńczanie, filtracja) mogą być zautomatyzowane dzięki technikom Metrohm Inline Sample Preparation (“MISP”). Można oznaczań następujące jony:

  • fluorki, heksafluorosiarczany, tetrafluoroborany oraz jony litu
    w roztworach pochodzących z poszczególnych elementów, tj. anod, katod oraz blaszek separujących.
  • Fluorki, heksafluorosiarczany oraz jony litu w roztworach elektrolitycznych

Do pobrania

Woda w bateriach litowo-jonowych

Elektrolit znajdujący się w bateriach składa się z mieszaniny bezwodnych aprotycznych rozpuszczalników oraz soli litu.  Baterie litowo-jonowe powinny być całkowicie pozbawione wody  (< 20 mg/L), ponieważ woda reaguje z solami przewodzącymi, np. LiPF6,  w konsekwencji tworząc kwas fluorowodorowy.

Zawartość wody w roztworze elektrolitycznym jest oznaczana za pomocą miareczkowania kulometrycznego Karla Fischer’a z wykorzystaniem metody ekstrakcji termicznej, tzw. metody piecykowej. Alternatywnie, można zastosować manualny lub automatyczny nastrzyk do celi kulometrycznej. Oprócz roztworu elektrolitycznego, zawartość wody może być również oznaczana w innych częściach składających się na baterię litowo-jonową,np. surowcach oraz elektrolitach używanych do pokrycia blaszek anody i katody.

> Dowiedz się więcej na temat miareczkowania Karla Fischer’a

Elektrochemiczna charakterystyka…

... baterii, materiałów elektrodowych, elektrolitów


Istnieje bardzo wiele baterii drugiego typu. W tej grupie mieszczą się najpowszechniejsze z nich: ołowiowo-kwasowa, NiCd/NiMh, litowo-jonowa, metal-powietrze, sód-siarka czy sód-nikiel, a szereg kolejnych jest w fazie badań. Całkowita moc wyjściowa baterii jest określana przez właściwości elektrolitu oraz materiału anody i katody. Metody elektrochemiczne służące do ich badań to m.in.:

  • określenie charakterystyki prądowo-napięciowej
  • test ładowania baterii
  • charakterystyka procesu starzenia się baterii za pomocą spektroskopii impedancyjnej (EIS)
  • zapis procesu ładowania i rozładowywania baterii
  • określenie pojemności baterii
  • pomiar oporu elektrolitu i oporu przeniesienia ładunku
  • określenie wskaźnika mocy w pulsach / wytrzymałość wysokonapięciowa

Instrumenty Metrohm Autolab są idealne do charakteryzacji i rozwoju elementów baterii, np.: materiałów katody i anody, separatorów, elektrolitów, warstw granicznych, jak i wyznaczaniu Fe(II) i Fe(III) w fosforanie litowo-żelazowym.


Do pobrania

… superkondensatorów

Wydajność superkondensatorów jest określana poprzez badanie pojemności (która jest zmienna dla różnych przykładanych potencjałów) jako zastępcza rezystancja szeregowa (ESR). Parametry te mogą być zmierzone poprzez ładowanie superkondensatora przy stałym prądzie i monitorowanie odpowiedzi potencjałowej (chronopotencjometria) lub za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS). Jakkolwiek chciałbyś to mierzyć, Metrohm Autolab ma odpowiedni instrument. 

Do pobrania

… ogniw paliwowych


Ogniwa paliwowe to systemy chemicznego przechowywania energii, które produkują elektryczność przed utlenianie wodoru lub metanu. Mają wyższą wydajność niż źródła energii polegające na spalaniu i nie produkują CO2. Ogniwa paliwowe różnią się od baterii tym, że potrzebują stałej dostawy surowca, aby podtrzymywać reakcję chemiczną. Tak długo jak paliwo jest doprowadzane, ogniwo produkuje energię.

Są różne rodzaje ogniw paliwowych, m.in. alkaliczne (AFC), membranowe z elektrolitem polimerowym (PEMFC), typu MDFC, z kwasem fosforowym (PAFC), ze stopionym węglanem (MCFC) albo ze stałym tlenkiem.

Charakteryzacja ogniw paliwowych jest wykonywana m.in. elektrochemiczną spektroskopią impedancyjną (EIS) oraz za pomocą krzywych polaryzacji i gęstości mocy ogniwa, dzięki czemu wyszukuje się najbardziej optymalne warunki pracy.


Do pobrania

Rekomendacja

"Korzystamy z urządzeń Metrohm już od 10 lat... bez żadnych problemów"

Prof. S. Basu, Dept. of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology, Delhi