El condensador de estado sólido simétrico de tipo a granel, con una capa LBSC SE entre dos capas de electrodos de un compuesto LBSC-CNT (izquierda), mostró baja resistencia y funcionaba a 100-300 ° C (derecha). Crédito:Hayashi, Universidad Metropolitana de Osaka
Los capacitores son dispositivos de almacenamiento de energía, que consisten en dos electrodos y un electrolito, que son capaces de cargarse y descargarse rápidamente debido a las propiedades de adsorción y desorción de carga en la interfaz electrodo-electrolito. Debido a que el almacenamiento de energía de los capacitores no involucra reacciones químicas, su capacidad de almacenamiento es menor que la de las baterías de iones de litio, pero son útiles para nivelar la energía para energía renovable que requiere carga repetida a altas corrientes, energía de frenado regenerativo para trenes y electricidad o automóviles híbridos, así como dispositivos de compensación de caída de tensión instantánea que evitan fallas en los equipos por caída de rayos. También se espera que se utilicen para almacenar energía para dispositivos portátiles en un futuro próximo.
La mayoría de los condensadores utilizan un electrolito líquido con un punto de ebullición bajo, que solo se puede utilizar a temperaturas inferiores a 80 ℃. Los condensadores cerámicos que utilizan materiales inorgánicos sólidos como dieléctricos se pueden utilizar a temperaturas superiores a 80 ℃, pero su capacidad de almacenamiento es mucho menor que la de los condensadores de electrolito líquido, lo que limita su uso a los circuitos electrónicos.
Para aumentar el almacenamiento de energía de los condensadores, es necesario tener una gran área de contacto en la interfaz entre el electrodo y el electrolito. Hacer un área de contacto grande es difícil usando electrolitos sólidos; por lo tanto, se ha deseado durante mucho tiempo la creación de un condensador con alta capacidad de almacenamiento que también pueda operar a altas temperaturas.
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Akitoshi Hayashi en la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad Metropolitana de Osaka ha desarrollado un electrolito sólido que es altamente deformable, lo que le permite tener una gran área de contacto con un electrodo, que fue desarrollado para ser utilizado para un óxido. basada en una batería de estado sólido.
En este estudio, fabricaron un compuesto utilizando el mismo electrolito sólido altamente deformable y carbono, y luego lo usaron para construir ambos electrodos para un capacitor de estado sólido de tipo masivo. Este capacitor es capaz de altas densidades de corriente y carga y descarga de alta capacidad a temperaturas de 200-300 °C, lo que crea los primeros capacitores de estado sólido de tipo masivo del mundo. Los investigadores esperan que su condensador se utilice para mejorar la tecnología para entornos de alta temperatura, que no se pudo desarrollar anteriormente debido a estas limitaciones técnicas.
"La clave para realizar este capacitor fue tomar los electrolitos de óxido sólido que hemos estado desarrollando para baterías de litio de estado sólido, que combinan una excelente deformabilidad y conductividad de iones de litio, y aplicarlos a los capacitores", explicó el profesor Hayashi.
En el futuro, los investigadores esperan construir capacitores híbridos de estado sólido con densidades de energía aún más altas, mediante el control de la reacción química entre un electrolito sólido y el carbono, y luego combinándolos con materiales de electrodos positivos utilizados en las baterías de iones de litio.
La investigación fue publicada en el Journal of Power Sources . Los líquidos iónicos causan sensación en las baterías de metal de litio de estado sólido de próxima generación
