Накопление и преобразование энергии

Суперконденсаторы с высокой плотностью энергии

Суперконденсаторы (также известные как ультраконденсаторы, электрохимические конденсаторы или двухслойные конденсаторы) представляют собой электрохимические устройства, которые накапливают, высвобождают заряд и обеспечивают высокую плотность мощности в течение коротких периодов времени. Их способность эффективно накапливать и очень быстро выделять электрическую энергию делает их идеально подходящими для применений, где критическое значение имеет кратковременное резервное питание и пиковая мощность.

Используя специальные наноматериалы, исследователи из Калифорнийского института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подготовили «LSG-марганцевые конденсаторы», которые «накапливают столько же электрического заряда, сколько свинцово-кислотная батарея», и которые «можно заряжать за считанные секунды и сохранять в шесть раз большую емкость, чем - коммерчески доступные суперконденсаторы ».

> Подробнее о LSG-марганецевых конденсаторах 

Скачать брошюру об исследованиях аккумуляторов

И электрохимические приборы для их анализа

Разработка таких суперконденсаторов требует строгого электрохимического анализа. Metrohm Autolab предлагает соответствующие инструменты для таких анализов.

> Узнайте больше об электрохимическом анализе с Metrohm Autolab

Анионы и катионы с использованием ионной хроматографии

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы являются наиболее важной технологией в портативных и мобильных устройствах. Они отличаются не только высоким уровнем напряжения в ячейке и гибким временем разряда, но и высокой плотностью гравиметрической энергии. При разработке и оптимизации литий-ионных аккумуляторов одним из аспектов, представляющих особый интерес, является содержание таких ионов, как литий, фторид и гексафторфосфат, в электролите или в элюатах различных компонентов.

С помощью ионной хроматографии можно параллельно определять различные неорганические и органические анионы и катионы и в широком диапазоне концентраций. Любые этапы подготовки образца (элюирование, разбавление, фильтрация), могут быть автоматизированы с помощью методов пробоподготовки Metrohm Inline («MISP»). Могут быть определены следующие ионы:

  • фторид, гексафторфосфат, тетрафторборат и литий в элюатах отдельных компонентов, таких как аноды, катоды и разделительная фольга
  • фторид, гексафторфосфат и литий в электролитических жидкостях

Скачать

Вода в литий-ионных батареях

Battery electrolyte consists of mixtures of anhydrous aprotic solvents and lithium salts. Lithium ion batteries must be completely free of water (< 20 mg/L), because water reacts with the conducting salt, e.g., LiPF6, to form hydrofluoric acid.

The water content in the electrolyte is determined using Karl Fischer coulometry and the oven method. Alternatively, manual or automated injection with dosing units can be applied. Besides the electrolyte, water can be determined in all Li-ion battery parts – from the raw materials and electrolytes used to the coated anode and cathode foils and the electrode coating preparations.

> Read more about Karl Fischer titration

Скачать

Электрохимический анализ …

… батареи, электродные материалы и электролиты

На сегодняшний день существует большое количество типов вторичных батарей. В эту группу входят, например, наиболее широко используемые в мире батареи свинцово-кислотного типа или NiCd/NiMH, литий-ионные, металл-воздушные, натриево-серные и натриево-никелевые, а также ряд ещё развивающихся технологий. Общая выходная мощность батарей определяется свойствами используемых электролитов и материалов анода и катода. Электрохимические методы подходят для:

  • определение характеристик тока/напряжения
  • тесты на переполюсовку (зарядку) аккумуляторов
  • характеризующие эффекты старения с использованием электрохимической импедансной спектроскопии (EIS)
  • запись циклов разрядки и зарядки
  • определение емкости батареи
  • измерение сопротивления электролита и сопротивления переноса заряда (электродная реакция)
  • определение номинальной импульсной мощности/сильнотоковой способности
Приборы Metrohm Autolab идеально подходят для определения характеристик и разработки материалов для аккумуляторов, например, анодных и катодных материалов, разделений, электролитов, пограничных слоев, а также для определения содержания Fe (II) и Fe (III) в фосфате лития-железа.

Скачать

… суперконденсаторы

Рабочие характеристики суперконденсатора определяются путем измерения его емкости (которая может варьироваться в зависимости от приложенного потенциала) и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Эти параметры могут быть измерены путем зарядки суперконденсатора постоянным током и мониторинга потенциального отклика (хронопотенциометрия), применения потенциального импульса и контроля текущего отклика (хроноамперометрия) или электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Что бы вы ни хотели измерить, у Metrohm Autolab есть подходящее решение.

Скачать

… fuel cells

Топливные элементы считаются системами хранения химической энергии, которые производят электричество путем окисления водорода или метана. Они работают эффективнее, чем тепловые двигатели, и не производят углекислого газа. Топливные элементы отличаются от аккумуляторов тем, что им требуется постоянный источник топлива для поддержания химической реакции. Пока топливо есть, топливные элементы производят электричество.


Существуют различные типы топливных элементов, такие как щелочные (AFC), полимерные электролитные мембраны (PEMFC), метанол (DMFC), фосфорная кислота (PAFC), расплавленный карбонат (MCFC) или твердооксидные (SOFC) топливные элементы.

Характеристика топливных элементов включает электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS), а также кривые поляризации и плотности мощности элемента, указывающие на оптимальные рабочие условия.

Скачать

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