Pseudokondensator
_NT-int.svg)
Pseudokondensatory gromadzą energię elektryczną w sposób faradajski poprzez przenoszenie ładunku elektronów między elektrodą a elektrolitem . Osiąga się to poprzez elektrosorpcję , reakcje redukcji-utleniania ( reakcje redoks ) i procesy interkalacji , zwane pseudopojemnościami .
Pseudokondensator jest częścią kondensatora elektrochemicznego i wraz z elektrycznym kondensatorem dwuwarstwowym (EDLC) tworzy superkondensator .
Pseudopojemność i pojemność dwuwarstwowa składają się na wspólną nierozłączną wartość pojemności superkondensatora. Jednak mogą być skuteczne przy bardzo różnych częściach całkowitej wartości pojemności, w zależności od konstrukcji elektrod. Pseudopojemność może być 100 razy większa niż pojemność dwuwarstwowa z tą samą powierzchnią elektrody.
Pseudokondensator ma reakcję chemiczną na elektrodzie, w przeciwieństwie do EDLC, w których magazynowanie ładunku elektrycznego jest magazynowane elektrostatycznie bez interakcji między elektrodą a jonami. Pseudopojemności towarzyszy przenoszenie ładunku elektronów między elektrolitem a elektrodą, pochodzące od zdesolwatowanego i zaadsorbowanego jonu . W grę wchodzi jeden elektron na jednostkę ładunku. Zaadsorbowany jon nie wchodzi w reakcję chemiczną z atomami elektrody (nie ma wiązań chemicznych powstać), ponieważ ma miejsce tylko przeniesienie ładunku. Przykładem jest reakcja redoks, w której jonem jest O 2+ , a podczas ładowania na jednej elektrodzie zachodzi reakcja redukcji, a na drugiej reakcja utleniania. W przypadku rozładowania reakcje są odwrotne.
W przeciwieństwie do akumulatorów, w faradaicach jony przenoszące ładunek elektronów po prostu przylegają do struktury atomowej elektrody. Ten faradajski magazyn energii z tylko szybkimi reakcjami redoks sprawia, że ładowanie i rozładowywanie jest znacznie szybsze niż w przypadku akumulatorów.
Pseudokondensatory elektrochemiczne wykorzystują elektrody z tlenku metalu lub przewodzącego polimeru o dużej ilości pseudopojemności elektrochemicznej. Ilość ładunku elektrycznego zmagazynowanego w pseudopojemności jest liniowo proporcjonalna do przyłożonego napięcia . Jednostką pseudopojemności jest farad .
Przykłady pseudokondensatorów
Brezesinki i in. wykazali, że mezoporowate warstwy α -MoO 3 mają lepsze magazynowanie ładunku dzięki jonom litu wprowadzanym w szczeliny α -MoO 3 . Twierdzą, że ta pseudopojemność interkalacyjna zachodzi w tej samej skali czasowej, co pseudopojemność redoks i zapewnia lepszą zdolność magazynowania ładunku bez zmiany kinetyki w mezoporowatym MoO 3 . Takie podejście jest obiecujące w przypadku akumulatorów o zdolności szybkiego ładowania, porównywalnej z akumulatorami litowymi, oraz obiecujące w przypadku wydajnych materiałów energetycznych.
Inne grupy zastosowały cienkie warstwy tlenku wanadu na nanorurkach węglowych w pseudokondensatorach. Kim i in. elektrochemicznie osadzony bezpostaciowy V 2 O 5 · x H 2 O na warstwie nanorurek węglowych. Trójwymiarowa struktura podłoża z nanorurek węglowych zapewnia wysoką pojemność właściwą litowo-jonową i wykazuje trzykrotnie większą pojemność niż tlenek wanadu osadzony na typowym podłożu Pt. Badania te wykazują zdolność osadzonych tlenków do efektywnego magazynowania ładunku w pseudokondensatorach.
Polimery przewodzące, takie jak polipirol (PPy) i poli(3,4-etylenodioksytiofen) (PEDOT), mają regulowaną przewodność elektronową i mogą osiągać wysokie poziomy domieszkowania przy odpowiednim przeciwjonie. Wysokowydajny przewodzący pseudokondensator polimerowy ma wysoką stabilność cykliczną po przejściu cykli ładowania/rozładowania. Udane podejścia obejmują osadzenie polimeru redoks w fazie macierzystej (np. węgliku tytanu) w celu zapewnienia stabilności i osadzanie powłoki węglowej na przewodzącej elektrodzie polimerowej. Techniki te poprawiają cykliczność i stabilność urządzenia pseudokondensatora.
- ^ Conway, Brian Evans (1999), Superkondensatory elektrochemiczne: podstawy naukowe i zastosowania technologiczne (w języku niemieckim), Berlin, Niemcy: Springer , s. 1-8, ISBN 978-0306457364
- ^ Conway, Brian Evans , „Kondensatory elektrochemiczne, ich natura, funkcja i zastosowania” , Encyklopedia elektrochemiczna , zarchiwizowane od oryginału w dniu 30.04.2012
- ^ Halper, Marin S.; Ellenbogen, James C. (marzec 2006). Superkondensatory: krótki przegląd (PDF) (raport techniczny). Grupa Nanosystemów MITRE. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2014-02-01 . Źródło 2014-01-20 .
- ^ Frąckowiak, Elżbieta ; Begin, Francois (2001). „Materiały węglowe do elektrochemicznego magazynowania energii w kondensatorach” (PDF) . węgiel . 39 (6): 937–950. doi : 10.1016/S0008-6223(00)00183-4 . [ stały martwy link ]
- ^ Frąckowiak, Elżbieta ; Jurewicz K.; Delpeux S.; Béguin, Francois (lipiec 2001), „Materiały nanorurkowe do superkondensatorów”, Journal of Power Sources , 97–98: 822–825, Bibcode : 2001JPS....97..822F , doi : 10.1016/S0378-7753(01) 00736-4
- ^ Garthwaite, Josie (2011-07-12). „Jak działają ultrakondensatory (i dlaczego zawodzą)” . Earth2Tech . Sieć GigaOM. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2012-11-22 . Źródło 2013-04-23 .
- ^ Brezesiński, Torsten; Wang, John; Tolbert, Sarah H.; Dunn, Bruce (2010-02-01). „Uporządkowany mezoporowaty α-MoO3 z izo-zorientowanymi ścianami nanokrystalicznymi dla cienkowarstwowych pseudokondensatorów”. Materiały natury . 9 (2): 146–151. doi : 10.1038/nmat2612 . ISSN 1476-1122 . PMID 20062048 .
- ^ Kim, Il-Hwan; Kim, Jae Hong; Cho, Byung-Won; Lee, Young-Ho; Kim, Kwang-Bum (2006-06-01). „Synteza i charakterystyka elektrochemiczna tlenku wanadu na podłożu z nanorurek węglowych do zastosowań w pseudokondensatorach”. Dziennik Towarzystwa Elektrochemicznego . 153 (6): A989-A996. doi : 10.1149/1.2188307 . ISSN 0013-4651 .
- ^ Bryan, Aimee M.; Santino, Luciano M.; Lu, Yang; Acharya, Shinjita; D'Arcy, Julio M. (2016-09-13). „Przewodzące polimery do pseudopojemnościowego magazynowania energii”. Chemia materiałów . 28 (17): 5989–5998. doi : 10.1021/acs.chemmater.6b01762 . ISSN 0897-4756 .