Baterie, superkondensatory i ogniwa paliwowe

Akumulatory

Akumulator składa się z elektrod (katody (+) i anody (-)), przewodzącego elektrolitu oraz separatora umieszczonego pomiędzy anodą a katodą. W akumulatorach litowo-jonowych (LIB) jednowartościowe kationy litu przemieszczają się pomiędzy elektrodami. Podczas rozładowywania anoda (-) ulega utlenieniu (traci elektrony), a katoda ulega redukcji (zyskuje elektrony). Podczas ładowania proces ten przebiega odwrotnie. Dzięki wysokiej gęstości energii i mocy, zwiększonemu bezpieczeństwu oraz niższym kosztom materiałów akumulatory litowo-jonowe zrewolucjonizowały przemysł elektroniczny i znalazły zastosowanie w wielu aspektach naszego życia, od urządzeń mobilnych po pojazdy elektryczne. W 2019 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano naukowcom, którzy opracowali technologię akumulatorów litowo-jonowych. 

Ogniwa paliwowe

Ogniwa paliwowe składają się z anody, katody i przewodzącego elektrolitu i często są łączone szeregowo, tworząc stos, w celu zwiększenia całkowitej ilości wytwarzanej energii elektrycznej. Elektroda składa się z porowatego materiału pokrytego katalizatorem służącym do wytwarzania energii elektrycznej. Istnieje pięć głównych typów ogniw paliwowych, które różnią się rodzajem zastosowanego elektrolitu: ogniwa z membraną polimerowo-elektrolitową, ogniwa z tlenkiem stałym, ogniwa z kwasem fosforowym, ogniwa alkaliczne oraz ogniwa z stopionym węglanem. Technologia membranowa z elektrolitem polimerowym, znana również jako membrana wymiany protonów (PEM), jest uważana za najbardziej obiecującą alternatywę dla technologii ogniw paliwowych alkalicznych.

Ogniwa paliwowe zostały opracowane jako alternatywna technologia energetyczna ze względu na ich wysoką sprawność, niską emisję zanieczyszczeń i niewielki wpływ na środowisko, dzięki czemu przewyższają one tradycyjne silniki spalinowe. Ogniwa paliwowe wytwarzają jedynie ciepło i wodę jako produkty uboczne, co czyni je obiecującym kandydatem na przyszłe źródła energii w szerokim zakresie zastosowań, w tym w urządzeniach przenośnych, stacjonarnych oraz w rozwiązaniach transportowych.

Superkondensatory

Elementy składowe superkondensatorów są podobne do tych w akumulatorach. Jednak superkondensatory wyróżniają się swoją zdolnością do magazynowania ładunku. Materiały elektrodowe mają wpływ na wydajność magazynowania energii przez superkondensator i można je podzielić na trzy kategorie: kondensatory dwuwarstwowe, które działają na zasadzie elektrostatycznej, pseudokondensatory, które działają na zasadzie elektrochemicznej, oraz kondensatory hybrydowe, które wykorzystują oba te mechanizmy.

Superkondensatory są źródłem energii o dużej gęstości, charakteryzującym się wysoką pojemnością magazynowania energii, długim okresem przydatności do użycia oraz możliwością szybkiego ładowania, co sprawia, że idealnie nadają się do zastosowań w pojazdach hybrydowych, urządzeniach przenośnych oraz w systemach pozyskiwania energii.