W czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition pojawiła się praca, która opisuje nowatorskie podejście do produkcji superkondesatorów z “oddychającą” elektrodą. Naukowcy inspirowali się jaszczurkami, które są w stanie nurkować na duże głębokości dzięki pęcherzykom powietrza, które zabierają ze sobą pod powierzchnię wody.
Czytaj też: Polska akumulatorami stoi. Światowy gigant wyprodukuje u nas części do samochodów elektrycznych
W pracy czytamy:
Stworzyliśmy superkondensator o bezprecedensowo dużej gęstości mocy i energii poprzez oddychanie chlorem w porowatych materiałach węglowych. Zarówno wyniki elektrochemiczne, jak i obliczenia teoretyczne pokazują, że porowaty węgiel o wielkości porów około 3 nm zapewnia najlepszą wydajność wydzielania i adsorpcji chloru.
Superkondensatory przyszłości
Istniejące zastosowania superkondesatorów obejmują uzupełnienie krótkotrwałych przerw w dostawie prądu w tzw. infrastrukturze krytycznej, np. szpitalach czy placówkach wojskowych. Ale to nie wszystko. Superkondesatory, które są ładowane poprzez energię hamowania, pomagają komunikacji miejskiej (tramwajom i autobusom) oszczędzać energię elektryczną. Są również interesującym rozwiązaniem dla elektrowni słonecznych w celu stabilizacji wahań napięcia.
W przeciwieństwie do akumulatorów, superkondesatory to odpowiedniki sprinterów. Mogą wytwarzać wysokie prądy w bardzo krótkim czasie (dysponują wysoką gęstością mocy), ale nie nadają się do zastosowań długodystansowych. Nowoczesne magazyny energii elektrycznej muszą łączyć obie wymienione cechy, a przy tym mieć niewielką masę. Niestety, stosowane do tej pory metody zwiększania gęstości energii zawsze odbywały się kosztem gęstości mocy, co stanowiło poważną barierę w rozwoju superkondensatorów. Aż do teraz.
Zespół kierowany przez prof. Longa Chena znalazł sposób, w jaki można pokonać istniejące wyzwana. Inspiracją dla nich były jaszczurki z gatunku Anolis zielony, które żyją na lądzie, ale mogą również oddychać pod wodą, kiedy nurkują w poszukiwaniu pożywienia. Do tego celu wykorzystują bańkę powietrza, która jest przymocowana do warstwy łusek na ich głowie. Pod wodą korzystają z powietrza zgromadzonego we wspomnianej bańce.
Nowo opracowana elektroda wykonana z porowatych materiałów węglowych (najkorzystniejsze okazały się nanorurki węglowe o porach o średnicy ok. 3 nm) potrafi również utrzymać warstwę gazu, gdy jest zanurzona w roztworze soli kuchennej (elektrolicie).
Czytaj też: Energia termojądrowa nadchodzi wielkimi krokami. Przełom nastąpił w Chinach
Podczas ładowania i rozładowywania, elektroda ta przechodzi reakcję redoks (utleniania i redukcji). Podczas ładowania elektrony są przenoszone na gazowy chlor, redukując go do jonów chlorkowych, które przedostają się do roztworu – elektroda “wydycha”. Podczas rozładowywania, jony chlorkowe są utleniane z do chloru, co powoduje powrót gazu do porów elektrody – elektroda “wdycha”. Stosując różne metody analityczne, zespół wykazał, że żaden gaz chlorkowy nie wydostaje się z elektrody. Szybkie reakcje redoks i transfer masy w cienkiej warstwie gazu drastycznie zwiększają gęstość energii superkondensatora przy zachowaniu niezwykle wysokiej gęstości mocy. Pojemność pozostaje na tym samym wysokim poziomie nawet po tysiącach cykli.
Niestety, na praktyczne zastosowanie opisywanych superkondensatorów przyjdzie nam jeszcze poczekać, choć pierwsze (najważniejsze) kroki już za nami.
