Bateries i supercondensadors.

Durant dècades, investigadors i tecnòlegs han considerat a les bateries i els condensadors com dos dispositius d'emmagatzematge d'energia diferents: les bateries, conegudes per emmagatzemar més energia però que l'alliberen lentament i els condensadors, per descarregar-los ràpidament en intervals de temps més petits.

Cada dispositiu d'emmagatzematge d'energia nou que apareix, es classifica com d'un tipus o de l'altre, depenent del respectiu mecanisme electroquímic. Però parlar de condensadors podria estar dificultant el progrés en el camp de les bateries?

Pot ser un tractament unificat que implica una transició des de la visió 'binària' de l'emmagatzematge de càrrega electroquímica en espais nano-confinats com un fenomen purament electroestàtic o un fenomen purament Faràdic, s'hauria de considerar més aviat com una transició contínua entre ambdues que ve determinada per l'extensió de la solvació iònica i la interacció ió-hoste.

Simplificant, un extrem de l'espectre és un enllaç químic on el mecanisme bàsic de connexió és mitjançant un enllaç físic a nivell atòmic. L'altre extrem és una atracció electrostàtica que atrapa temporalment ions dins i sobre la superfície d'un material.

El fenomen anterior, anomenat reacció Faràdica, dóna a les bateries la seva excel·lent capacitat d'emmagatzematge d'energia i els permet alliberar càrrega gradualment. Però també és el motiu pel qual triguen tant a carregar-se. En canvi els condensadors permet ràpides aportacions d'energia  com els que que alimenten els flaixos de les càmeres i l'absorció a curt termini d'energia gràcies a la frenada dels cotxes híbrids i elèctrics.

Amb cada nou desenvolupament de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia, ja sigui una nova combinació de materials d'elèctrode i solucions d'electròlits, o additius físics o químics per reduir o permetre la transferència d'ions, els investigadors s'esforcen per observar i caracteritzar amb precisió el mecanisme d'emmagatzematge electroquímic.

Però en molts casos, aquestes limitades definicions no són precises ni útils quan es tracta d'adaptar els dispositius a les necessitats molt específiques d'emmagatzematge d'energia de la nova tecnologia.

El que passa entre les bateries clàssiques i els supercondensadors ha estat un tema controvertit durant molt de temps. Els anomenats 'pseudocondensadors' i dispositius híbrids d'emmagatzematge d'energia s'han estudiat durant almenys 30 anys, però alguns científics han intentat rebutjar completament la pseudo-capacitància, afirmant que només hi ha aquests dos casos extrems i que tota la resta és una superposició de dos mecanismes que actuen. en paral·lel.

Molts d'aquests dispositius híbrids, els ions gairebé s'absorbeixen entre les capes dels materials dels elèctrodes. En altres, on els nano-materials porosos dels elèctrodes s'han dissenyat per maximitzar la ingesta química completa, o l'adsorció, d'ions, ja que s'han vist descàrregues d'energia molt més ràpides, probablement a causa de la persistència de la substància del electròlit que impedeix que els ions s'intercalin completament.

Tots dos casos queden fora de l'ideal, però les seves propietats estan demostrant ser una combinació valuosa a l'hora d'impulsar noves tecnologies.

S'espera que entendre la desolvació iònica (eliminació d'ions de molècules del dissolvent) i el seu paper en la determinació del mecanisme d'emmagatzematge d'energia, permetrà arribar al punt en què es combinaran alta energia i gran potència en un únic dispositiu d'emmagatzematge d'energia. Les bateries es carreguen en pocs minuts. Per exemple, si es carrega un telèfon mòbil, en pocs uns minuts hi ha suficient carrega per utilitzar-lo almenys durant unes hores. En el cas dels materials 2D, com MXene o grafè, es possible fer-ho flexibles, es a dir, unes  bateries per a un ús flexible i portàtil.

És molt important l'emmagatzematge d'energia electroquímica, tant pel seu paper com a pilars de la  comprensió teòrica del camp com a facilitadors de la tecnologia moderna. Però cal avançar i això, vol dir operar en algun lloc central, entenent que un adequat dispositiu d'emmagatzematge d'energia, podria ser més eficaç que una bateria millor o un supercondensador.

Per tant, hi ha un reconeixement sobre que hi han dues 'situacions ideals:

1.- Bateries

2.- Supercondensadors. 

També, hi han equacions derivades per a aquests casos. I hi han dispositius comercials, però ara també es sap com predir, dissenyar i fabricar dispositius. que tenen propietats per casos extrems.

Les noves indústries que requereixen emmagatzematge d'energia flexible, transparent, adaptable i adaptable, els cal de dispositius que combinen la càrrega i altres subministraments d'energia elèctrica no convencionals perquè es beneficiaran enormement del nou emmagatzematge àgil d'energia.

S'està avançant cap a una economia impulsada per l'energia elèctrica, IoT i altres tecnologies noves i avançades per a aplicacions sostenibles. Per tant, serà molt important reconèixer i treballar per caracteritzar aquests nous dispositius com a existents dins d'un espectre, en lloc d'estar per sota de qualsevol dels extrems-

Font: Simon Fleischmann et al, Transició contínua de l'emmagatzematge de càrrega de doble capa a Faradaic en electròlits confinats, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-00993-z