Bezpieczne przechowywanie energii? Naukowcy mają sposób na pożary akumulatorów

Współcześnie wykorzystywane, zaawansowane urządzenia umożliwiające magazynowanie energii są wysoce zależne od temperatury. Wiąże się to ze zjawiskiem tzw. ucieczki termicznej.

Najprościej rzecz ujmując, prowadzi do niego wzrost temperatury, który przekłada się na uwalnianie łatwopalnych gazów. Ostatecznie możliwy jest pożar, a nawet eksplozja całego urządzenia. Taki problem dotyczy między innymi powszechnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych.

Czytaj też: Metale można wydobywać z wody. To potencjalne rozwiązanie problemu z dostępem do zasobów

Z tego względu naukowcy z GIST (Gwangju Institute of Science and Technology) postanowili sprawdzić właściwości termiczne dwuwarstwowych kondensatorów elektrycznych znanych jako EDLC. Cechują się one dużą mocą i długowiecznością. Członkowie zespołu badawczego postanowili przeprowadzić pomiary, dzięki którym doszli do kluczowych wniosków.

Jak wyjaśnia główny autor badań, Jae Hun Seol, jego zespołowi udało się zmierzyć zmianę pojemności cieplnej kondensatorów EDLC w czasie rzeczywistym w mikroskopijnej objętości elektrody-elektrolitu, która jest aktywnym miejscem adsorpcji i desorpcji jonów. Co ważne, przeprowadzone eksperymenty obejmowały sytuacje zarówno w czasie ładowania, jak i poza nim.

Jednym z problemów z przechowywaniem energii jest zmienność akumulatorów pod wpływem zmian temperatur

Więcej informacji w tej sprawie powinno się ukazać w czerwcowym numerze International Journal of Heat and Mass Transfer. Obecnie dostępne dane sugerują natomiast, że temperatury elektrod dodatniej i ujemnej zmieniały się podczas ładowania o 0,92% i 0,42%, co odpowiadało obniżeniu ich pojemności cieplnej kolejno o 9,14% i 3,91%. Seol dodaje, iż entropia konfiguracji jonowej układu zmniejsza się podczas adsorpcji, czyli ładowania. Wpływa to na energię swobodną układu i przyczynia się do zmniejszenia pojemności cieplnej.

Jeśli naukowcy chcą projektować wydajne, ale i bezpieczne akumulatory oraz inne urządzenia służące do przechowywania energii, to muszą zrozumieć, jak pewne właściwości termiczne, takie jak pojemność cieplna, zmieniają się podczas ładowania i rozładowywania. Dotychczasowe ustalenia stanowią poważny krok w tym kierunku, a na tym nie koniec.

Czytaj też: Długość życia akumulatorów przestała być tajemnicą. Naukowcy znaleźli sposób, jak ją określać

Zespół badawczy zmierzył również stężenie elektrolitu w postaci wodorotlenku potasu, chcąc przekonać się, jak wpłynie to na działanie EDLC. Okazało się, że kondensator zapewnia maksymalną pojemność i spadek pojemności cieplnej, kiedy stężenie wspomnianego elektrolitu wynosi 8 M. Najprawdopodobniej wynika to ze zmian w stopniu uwodnienia jonów i ich ruchliwości jonowej.