Baterie, superkondensatory i ogniwa paliwowe

baterie, ogniwa paliwowe, a superkondensatory to systemy wykorzystujące różne elektrochemiczne mechanizmy magazynowania i konwersji energii, ale podobne właściwości elektrochemiczne dla zastosowań o wysokiej energii i dużej gęstości mocy. 

Baterie

Bateria składa się z elektrod (katody (+) i anody (-)), przewodzącego elektrolitu i separatora między anodą a katodą. W akumulatorach litowo-jonowych (LIB) jednowartościowe kationy litu migrują między elektrodami. Podczas rozładowywania anoda (-) utlenia się (traci elektrony), a katoda ulega redukcji (zyskuje elektrony). Podczas ładowania proces ten ulega odwróceniu. Ze względu na wysoką energię, gęstość mocy, zwiększone bezpieczeństwo i niższe koszty materiałów, LIB zrewolucjonizowały przemysł elektroniczny i są zintegrowane z wieloma aspektami naszego życia, od urządzeń mobilnych po pojazdy elektryczne. W 2019 r. naukowcy, którzy opracowali technologię LIB, otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Ogniwa paliwowe

Ogniwa paliwowe składają się z anody, katody i przewodzącego elektrolitu i często są połączone szeregowo, tworząc stos w celu zwiększenia całkowitej ilości generowanej energii elektrycznej. Elektroda składa się z porowatego materiału pokrytego katalizatorem w celu wytworzenia energii elektrycznej. Istnieje pięć głównych typów ogniw paliwowych, które różnią się rodzajem zastosowanego elektrolitu: membrana z elektrolitem polimerowym, stały tlenek, kwas fosforowy, zasadowy i stopiony węglan. Membrana z elektrolitem polimerowym, znana również jako membrana protonowymienna (PEM), jest uważana za najbardziej obiecującą, która zastąpi technologię alkalicznych ogniw paliwowych.

Ogniwa paliwowe zostały opracowane jako alternatywna technologia energetyczna, ze względu na ich wysoką wydajność, niską emisję i niewielki wpływ na środowisko, przewyższając tradycyjne silniki spalinowe. Ogniwa paliwowe generują jedynie ciepło i wodę jako produkty odpadowe, co czyni je obiecującym kandydatem na przyszłe źródła zasilania w szerokiej gamie zastosowań, w tym w urządzeniach przenośnych, stacjonarnych i rozwiązaniach transportowych.

Supercapacitors

Składniki superkondensatorów są podobne do baterii. Superkondensatory charakteryzują się jednak możliwością magazynowania ładunku. Materiały elektrodowe przyczyniają się do wydajności magazynowania superkondensatora i można je podzielić na trzy kategorie: kondensatory dwuwarstwowe, które działają elektrostatycznie, pseudo-kondensatory, które działają elektrochemicznie, oraz kondensatory hybrydowe, które wykorzystują obie te metody.

Superkondensatory są źródłem energii o dużej gęstości z wysoką pojemnością magazynowania energii, długim okresem trwałości i możliwościami szybkiego ładowania, co czyni je idealnymi do zastosowań w pojazdach hybrydowych, urządzeniach przenośnych i pozyskiwaniu energii.