La gestione efficace delle proprietà termiche dei dispositivi di accumulo di energia è la chiave per evitare fughe termiche e garantire la sicurezza. Di recente, gli scienziati del Gwangju Institute of Science and Technology hanno scoperto cambiamenti chiave alle proprietà termiche dei condensatori elettrici a doppio strato durante la carica e la scarica, che aiuteranno a informare le future strategie di gestione termica. Credito:Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)
I moderni dispositivi di accumulo di energia, come supercondensatori e batterie, hanno prestazioni altamente dipendenti dalla temperatura. Se un dispositivo diventa troppo caldo, diventa suscettibile di "fuga termica". L'instabilità termica, o il surriscaldamento incontrollato, possono alla fine provocare esplosioni o incendi. L'adozione di una strategia di gestione termica ben informata è necessaria per il funzionamento stabile e sicuro dei dispositivi. Per fare ciò, è importante capire come determinate proprietà termiche, come la capacità termica (Cp ), cambiano dinamicamente durante la carica e la scarica.
Recentemente, i ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology hanno studiato le proprietà termiche dei condensatori elettrici a doppio strato (EDLC), un tipo di supercondensatore ad alta potenza e lunga durata, per una base tecnica nella misurazione termica e hanno rivelato informazioni significative. "Utilizzando il metodo del filo caldo 3ω, siamo stati in grado di misurare la variazione della capacità termica degli EDLC in tempo reale in un volume microscopico di elettrodo-elettrolita, che è un sito attivo per l'adsorbimento e il desorbimento degli ioni", spiega il prof. Jae Hun Seol, che ha guidato lo studio. Lo studio è stato reso disponibile online il 5 febbraio 2022 e sarà pubblicato sull'International Journal of Heat and Mass Transfer il 1 giugno 2022.
Il team di ricerca ha condotto esperimenti sia in situ (in condizioni statiche) che operando (durante la carica). Hanno scoperto che le temperature degli elettrodi positivi e negativi cambiavano dello 0,92% e dello 0,42% durante la carica, che corrispondevano a riduzioni del 9,14% e del 3,91% nei rispettivi Cp . "Secondo la teoria termodinamica, l'entropia della configurazione ionica (una misura della casualità) di un sistema diminuisce durante l'adsorbimento, cioè la carica. Ciò influisce anche sull'energia libera del sistema. Insieme, questo porta a una diminuzione di Cp ”, spiega il Prof. Seol.
Il team ha anche variato la concentrazione dell'elettrolita, idrossido di potassio, per vedere come ha influenzato le prestazioni dell'EDLC. Hanno scoperto che l'EDLC mostrava la massima capacità e la riduzione del Cp quando la concentrazione di elettrolita era di 8 M. Lo attribuivano alle variazioni del grado di idratazione degli ioni e alla loro mobilità ionica.
"Un aspetto importante di questo studio è che caricare e scaricare altera anche Cp di EDLC", afferma il Prof. Seol. "Questi risultati estenderanno la nostra comprensione della fisica termica sottostante degli EDLC".
In effetti, questi risultati possono essere considerati un passo importante verso future strategie efficaci di gestione termica, che creeranno dispositivi di accumulo di energia più sicuri e affidabili. + Esplora ulteriormente
