Energilagring och konvertering

High energy density supercapacitors

Superkondensatorer (även kända som ultrakondensatorer, elektrokemiska kondensatorer, eller dubbla lager-kondensatorer) är elektrokemiska enheter som lagrar, släpper laddning och levererar höga effektdensiteter under korta tidsperioder. Deras förmåga att lagra elektrisk energi på ett effektivt sätt och frigöra elektrisk energi mycket snabbt, gör dem idealiska för tillämpningar där korttidsreservkraft och toppeffektbehov är kritiska.

Med hjälp av speciella nanomaterial har forskare vid UCLA: s California Nanosystems Institute preparerat LSG-mangan-kondensatorer så att de lagrar lika mycket elektrisk laddning som ett blybatteri och ändå kan laddas på några sekunder och lagra ungefär sex gånger kapaciteten av ultramoderna kommersiellt tillgängliga superkondensatorer.

> Läs mer om LSG-mangan-kondensatorer här

Och elektrokemiska instrument för att analysera dem

Utvecklingen av superkondensatorer som denna kräver strikt elektroanalys. Metrohm Autolab erbjuder lämplig instrumentering för sådana analyser.

> Läs mer om elektrokemisk analys med Metrohm Autolab

Anjoner och katjoner med hjälp av jonkromatografi

Litiumbatterier är den viktigaste lagringstekniken för bärbara och mobila applikationer. De överträffar det mesta, inte bara tack vare deras höga cellspänningsnivåer och flexibla brinntider, utan deras höga gravimetriska energidensitet. Vid utveckling och optimering av litiumbatterier är innehållet av joner som litium, fluorid och fosfat i elektrolyten eller i eluat av olika komponenter av särskilt intresse.

Med jonkromatografi är det möjligt att bestämma olika oorganiska och organiska anjoner och katjoner parallellt och över ett brett koncentrationsområde. Eventuella provberedningssteg som kan behövas (eluering, utspädning, filtrering) kan automatiseras med Metrohm Inline Sample Preparation (“MISP”) tekniker. Följande joner kan bestämmas:

  • fluorid, hexafluorofosfat, tetrafluoroborat, och litium i eluater från enskilda komponenter som anoder, katoder och separatorfolier
  • fluorid, hexafluorfosfat, och litium i elektrolytvätskor

För nedladdning

Vatten i litiumbatterier

Batterielektrolyt består av en blandning av vattenfria aprotiska lösningsmedel och litiumsalter. Litiumbatterier måste vara helt fria från vatten (<20 mg/L), eftersom vatten reagerar med det ledande saltet, t.ex. LiPF6, och bildar fluorvätesyra.

Vattenhalten i elektrolyten bestäms med Karl Fischer-coulometri tillsammans med ugn. Alternativt kan manuell eller automatiserad injektion med doseringsenheter användas. Förutom elektrolyten, kan vatten bestämmas i alla Litiumbatteridelar – från de råvaror och elektrolyter som används för de belagda anoderna och katodfolierna till elektrodbeläggningspreparaten.

> Läs mer om Karl Fischer-titrering

Elektrokemisk karaktärisering av …

… batterier, elektrodmaterial och elektrolyter

Ett stort antal sekundärbatterityper finns idag. I denna grupp ingår bland annat världens mest använda batterityper, bly- eller NiCd/NiMH-, litium-, metall/luft-, natrium/svavel- och natrium/nickel-batterier, förutom ett antal tekniker som står under utveckling. Den totala effekten av batterier bestäms av egenskaperna hos de elektrolyter som används och av materialen i anoder och katoder. Elektrokemiska metoder är lämpliga för exempelvis:

  • karakterisering av åldrandets effekter med hjälp av elektroimpedansspektroskopi (EIS)
  • registrering av urladdnings- och laddningscykler
  • bestämning av batterikapaciteten
  • mätning av elektrolytresistans och laddningsöverföringsmotstånd (elektrodreaktion)
  • bestämning av pulseffekt/högströmskapacitet
Metrohm’s Autolab-instrument är idealiska för karakterisering och utveckling av batterimaterial, till exempel, anod- och katod-material, separationer, elektrolyter, gränsskikt samt bestämningen av Fe (II) och Fe (III) i litiumjärnfosfat.

För nedladdning

… superkondensatorer

Prestandan hos en superkondensator bestäms genom mätning av dess kapacitans (som kan variera med den pålagda potentialen) och ekvivalent serieresistans (ESR). Dessa parametrar kan mätas genom laddning av superkondensatorn med en konstant ström och övervakning av spänningsresponsen (kronopotentiometri), eller applicering av en spänningspuls och övervakning av strömresponsen (kronoamperometri), eller med elektrokemisk impedans-spektroskopi (EIS). Oavsett vad du vill mäta så har Metrohm Autolab ett lämpligt instrument.

För nedladdning

… bränsleceller

Bränsleceller är ett noga övervägt kemiskt energilagringssystem som producerar el genom att oxidera väte eller metan. De presterar på en högre verkningsgrad än vad förbränningsmotorer gör och producerar inte någon koldioxid. Bränsleceller skiljer sig från batterier på så sätt att de kräver en kontinuerlig bränslekälla för att upprätthålla den kemiska reaktionen. Så länge som bränslet tillhandahålls, så producerar också bränslecellerna el.

Det finns olika typer av bränsleceller som alkaliska (AFC), polymermembran- (PEMFC), direkt-metanol- (DMFC), fosforsyre- (PAFC), smältkarbonat- (MCFC) eller fasta oxid-bränsleceller (SOFC).

Karakterisering av bränslecellerna innefattar elektrokemisk impedans-spektroskopi (EIS) samt polariserings- och effektdensitetskurvor för cellen som pekar på de optimala driftsbetingelserna.

För nedladdning

Testimonial

"We have been using the Metrohm instruments for the last ten years ... without any problem."

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