Izan ere, artikulu horietan, mundu osoko taldeek deskribatzen dituzte osagaiek (material aktiboak, elektrolitoak, etab.) eta konfigurazioek gailu horien prestazioetan dituzten hobekuntzak. Hala ere, azterlan horietako gehienak elkarren artean nekez aldera daitezke, eta, unea iristen denean, laborategi-eskalan aldarrikatutako hobekuntzak ez du benetako gailuaren hobekuntzarik eragiten.

Innoenergyren inbertsioa izan duten Skeleton bezalako enpresek ondo ezagutzen dute superkondentsadore kontzeptu berrietarako prototipatuaren beharra.

Horregatik, CIC energiGUNE-BRTAn superkondentsadore elektrokimikoen prototipoak egiteko parametro garrantzitsuenetako batzuk optimizatu ditugu, osagai bakoitzaren errendimendu handiena lortzeko.

Superkondentsadoreen ezaugarri nabarmenak

Kondentsadore elektrokimikoak, ultrakondentsadore edo superkondentsadore bezala ezagutzen direnak, karga elektrodoaren eta elektrolitoaren arteko fasean modu elektrostatikoan batzen duten energia biltegiratzeko gailuak dira. Ioi litioko bateriek ez bezala, superkondentsadoreetan energia biltegiratzeak ez dakar berekin prozesu faradaikoak eta ioiak egituran txertatu eta ateratzea, eta horrek abantaila batzuk ematen dizkie energia biltegiratzeko beste teknologia mota batzuen aldean.

Biltegiratze elektrostatikoak, elektrodoaren azalerara soilik mugatuak, eta egituran karga zein deskarga moteltzen duten eta materialetan estres mekaniko handia sortzen duten hedapen-prozesurik ez egoteak, gailu hauek potentzia-balio altuak eta ezohiko egonkortasunak izatea eragiten dute, milioi bat karga- eta deskarga-ziklo gainditzera iritsiz, euren karga-ahalmena nabarmen aldatu gabe.

Propietate hauei esker, kondentsadore elektrokimikoak energia iturri nagusi bezala erabiltzen dira memoria backup sistemetan, abiatze sistemetan (start-stop), balaztatzean sortutako energia biltegiratzean edo autobus eta tranbietan.

Superkondentsadore baten erradiografia

Superkondentsadoreak bi elektrodo simetrikoz osatuta daude, normalean azalera espezifiko handiko ikatz batez eta porositate nanometriko ezin hobeaz eta nolabaiteko eroankortasun elektronikoarekin. Elektrodo hauek elektrolito batez inpregnatuta daude, normalean ez urtsua, eta ioiekiko iragazkorra den mintz isolatzaile batez bananduta daude, ioiak elektrodoen gainazaleraino hedatzea ahalbidetzen duena, elektrodo biek elkar ukitzea eta zirkuitulabur bat sortzea saihesten duena.

Gailu horien dentsitate energetikoa azaleran pila daitekeen karga-kantitatearen (kapazitantzia) eta gelaxkaren tentsioaren araberakoa da. Eta haren potentzia erlazionatuta dago ioiek elektrodoaren azalera iristeko eta polarizatzeko duten azkartasunarekin, elektrodoaren eroankortasun elektronikoarekin eta korronte-kolektorearekin duten kontaktuarekin.

Industria-eskalako prototipoen garrantzia

Mundu osoko talde askok material berrien eta beste osagai batzuen garapena ikertzen dute superkondentsadoreen prestazioak hobetzeko helburuarekin. Hala ere, osagaien testatzea eta ebaluazioa, oro har bereizita eta laborategi-eskalan egiten dena, materialen propietateak termino erlatiboetan ezagutzera mugatzen da, eta analisi horiek ez dira beti egoera erreal batera estrapolatu ahal izaten. Beraz, osagai berriak teknologia horretan sartzeak duen benetako eragina ezagutu nahi bada, ezinbestekoa da prototipo bat garatzea elektrodoak modu isolatuan testatzen direnean egin ezin diren parametro batzuk ebaluatu ahal izateko.

Laborategi eskalako superkondentsadoreen azterlan gehienetan oso gutxitan ebaluatzen edo, gutxienez, optimizatu gabeko parametro batzuen kasua da: material aktiboaren masa eta elektrodoen dentsitatea, elektrolito kopurua edo korronte-kolektorearen izaera.

Elektrodoetako material kantitatea funtsezko parametroa da. Bibliografian bildutako ikerketa askok masa oso baxuko elektrodoak erabiltzen dituzten neurriak jasotzen dituzte. Hau garrantzitsua da erresistentzia elektrodoen lodiera handitzen den heinean handitzen delako, eta, beraz, lodiera ezberdineko elektrodoen arteko konparazioa ez da bidezkoa.

Superkondentsadore komertzialetan dauden elektrodoak 3 mg cm^-2 eta 8 mg cm^-2 artean alda daitezke, sustatu nahi diren propietateen arabera. Masa baxuko elektrodoak erabiltzeak eragin handia du gailuaren dentsitate energetikoan; izan ere, superkondentsadorean dauden beste osagai ez-aktibo batzuen masarekiko duen erlazioak (korronte-kolektoreak, bereizgailuak, karkasak) guztizko energia azken gailuan penalizatzea eragiten du.

Garrantzi handiko beste parametro bat elektrodoaren eta korronte-kolektorearen arteko atxikitze-maila eta kontaktu ona da. Hainbat korronte-kolektore mota daude, eta horien azalera tratatuta dago (ikatzez estalita edo tratamendu mekaniko eta kimikoen bidez azalera zimurtsuagoa sortuz), elektrodoaren eta korronte-kolektorearen arteko atxikidura eta kontaktua hobetzeaz gain, interfaseko erresistentzia minimizatzeko eta, beraz, transferentzia elektronikoa eta gailuaren potentzia hobetzeko. Halaber, elektrodoen tinten formulazioa optimizatzea funtsezkoa da material aktiboaren kargaren, atxikitzearen eta entregatutako potentziaren arteko balantzerik onena aurkitzeko.

Elektrodoak askatu ondoren, garrantzitsua da kalandratze-prozesu bat egitea, elektrodoaren barruan partikulen eta korronte-kolektorearen arteko kontaktua hobetzeko. Gainera, ezinbestekoa da lodiera optimoak lortzeko; izan ere, elektrodoaren dentsitatea bibliografian orokorrean jasotzen ez den beste parametro bat da, eta erabakigarria da bolumen-unitate bakoitzeko energia-balio handiak lortzeko.

Ektlerolitoaren izaera eta kantitatea ikerketa gehienetan zehazten ez den beste parametro bat da, elektrodoaren karga bezala oso garrantzitsua dena gailu osoa ebaluatzerakoan.

Azkenik, baina ez horregatik garrantzi gutxiagokoa, zigilatzea eta karkasarako material egokiak aukeratzea funtsezkoa da elektrolitoa lurrundu ez dadin eta zeldak zikloetan zehar propietateak gal ez ditzan. Gainera, gailuaren funtzionamendu egokirako behar besteko barne-presioa eman behar du, batez ere korronte-dentsitate handietan.

Superkondentsadoreei buruzko ikerketa gehienak Swagelock motako gelaxkak edo botoi-pilak erabiliz egiten dira, eta gutxi egiten dira elektrodoen hainbat geruza dituzten pouch cells motako zelda optimizatuak erabiliz.

Zelden ingeniaritza-garapen optimizatu baten bidez bakarrik lor daiteke, parametro horiek kontuan hartuta, osagai indibidualetan identifikatutako hobekuntzak amaierako gailura eramatea.

Horrela, prototipo-taldearen eta CIC energiGUNE superkondesatzaileen ikerketa lerroaren arteko lankidetzaren ondorioz, kondentsadore elektrokimikoaren prototipoa garatu dugu berriki. 25 F-ko pouch cell formatuan fabrikatutako gailu honek superkondentsadore komertzialetako batzuen energia-dentsitateak hobetzen ditu, 4.8 Wh kg^-1-ra irits daitezkeelarik, energia biltegiratzeko gailu horien benetako hobekuntzarako parametro bakoitzaren diseinuaren eta optimizazioaren garrantzia berretsiz.

Egileak