los niveles de densidad energética
First Graphene Limited (ASX: FGR; "First Graphene" o "la empresa") se complace en anunciar la consecución de un hito fundamental en su programa de desarrollo de materiales de supercondensadores de alto rendimiento. Anteriormente, la empresa informó de que los "materiales activos híbridos" de alta capacitancia podían escalarse con éxito utilizando su exclusiva tecnología de proceso electroquímico. Estos nuevos materiales demostraron una alta capacidad por unidad de superficie cuando se probaron en un prototipo de célula simple. Los trabajos recientes se han centrado en el desarrollo de una lista de materiales optimizada para que un dispositivo de supercondensador proporcione una alta densidad de energía y potencia.
First Graphene se complace en anunciar que, tras múltiples ensayos de laboratorio, la empresa ha demostrado que, en una celda de prueba estándar, los materiales activos híbridos PureGRAPH® superan a los principales materiales de carbón activado durante 100 ciclos. La figura 1 muestra que los materiales activos híbridos PureGRAPH® tienen una capacitancia específica de 140 faradios por gramo (F/g), mientras que las células de carbón activado suelen tener una capacitancia específica de 35 F/g. Esto demuestra claramente que los materiales activos híbridos PureGRAPH® pueden formularse con éxito en una lechada de electrodos para su uso en la fabricación de dispositivos, conservando su alta capacitancia específica y operando a altas tasas de carga/descarga.
Una revisión detallada de la literatura indica que para seguir avanzando hacia dispositivos de mayor densidad de potencia y energía es necesario desarrollar dispositivos de supercondensadores mejorados. La investigación se ha centrado en la mejora de la lista de materiales del dispositivo, que incluye electrolitos y separadores mejorados. Las investigaciones publicadas indican que una célula optimizada con alta capacitancia que funcione a alto voltaje puede alcanzar el objetivo "10 más 10" de densidad de potencia superior a 10kW/L y densidad energética superior a 10Wh/L.
La empresa ha ensayado electrolitos alternativos para conseguir altas densidades de potencia y energía. En una prueba inicial con un electrolito denso, prótico y acuoso para permitir una mayor ventana de voltaje, First Graphene demostró un aumento de la densidad energética del 85%.
Actualmente se están desarrollando otras modificaciones del electrolito y la empresa ha establecido relaciones con los principales expertos en diseño de células y materiales de electrolitos. Al identificar las combinaciones ideales de materiales activos y electrolitos híbridos PureGRAPH®, First Graphene prevé un rendimiento líder en el mundo con una densidad de potencia superior a 10kW/L y una densidad de energía superior a 10Wh/L.
Comercialización
Tras haber demostrado una mejora significativa del rendimiento con respecto al carbón activado, First Graphene se encuentra ahora en una posición fuerte para desarrollar asociaciones comerciales con grandes empresas fabricantes de supercondensadores a nivel mundial que buscan desarrollar la próxima generación de supercondensadores. Por el momento no se han establecido acuerdos ni se dispone de una evaluación del impacto económico.
Se trata de un avance tecnológico clave para la empresa, que permite un mejor acceso a un segmento de mercado completamente nuevo a nivel mundial.
El mercado y las aplicaciones
Se prevé que el mercado de dispositivos de supercondensadores crezca de 409 millones de dólares en 2020 a 720 millones de dólares en 2025, con una tasa de crecimiento anual prevista del 12,0%. El crecimiento del mercado está impulsado por la creciente demanda de aplicaciones de recolección de energía y el aumento del uso de supercondensadores en trenes y aviones. Además, es probable que la creciente demanda mundial de vehículos eléctricos impulse el crecimiento del mercado.
Entre las aplicaciones potenciales de gran volumen se encuentran las fuentes de alimentación gemelas de supercondensadores y baterías, en las que el supercondensador proporciona una suavización de los picos de potencia durante la aceleración o el frenado regenerativo, reduciendo la carga de las baterías y prolongando su vida útil.
La empresa ha llevado a cabo una revisión exhaustiva de los dispositivos de supercondensadores, que incluye un análisis de escritorio y pruebas de dispositivos de alto rendimiento disponibles. Los mejores dispositivos de su clase tienen actualmente una densidad de potencia superior a 10 kW/L y una densidad de energía superior a 5 Wh/L. Para conseguirlo, la célula debe tener una alta capacidad específica y la capacidad de funcionar en una ventana de alto voltaje.
Tecnologías de almacenamiento de energía
Los supercondensadores, que se basan en la capacitancia eléctrica de doble capa (EDLC), ofrecen una carga y descarga rápidas que proporcionan una alta densidad de potencia. Estos supercondensadores suelen utilizar carbón activado como medio de almacenamiento de carga de gran superficie. No dependen de una reacción química, ya que funcionan con la separación de cargas dentro del dispositivo. Esto significa que los supercondensadores EDLC son estables y suelen soportar muchos ciclos de carga y descarga.
Para los vehículos eléctricos, un dispositivo de almacenamiento de energía ideal combina una batería química de alta densidad energética (para permitir la conducción de larga distancia) con un supercondensador que puede cargarse y descargarse rápidamente para gestionar eficazmente los periodos en los que se necesita alta potencia durante tiempos relativamente cortos, como cuando se arranca y se para. De este modo, se prolongará la vida de la batería y, en última instancia, se ampliará la autonomía del vehículo.
Una vía ideal para este sistema combinado es la tecnología de los pseudocondensadores, en la que el almacenamiento de la carga se produce a través del mecanismo de la capacitancia de doble capa eléctrica y las rápidas reacciones redox entre los iones del electrolito y los materiales activos de la superficie del electrodo. La pseudocondensación puede aumentar considerablemente el rendimiento de un supercondensador. Los materiales activos híbridos PureGRAPH® de First Graphene han demostrado ser un medio para lograr la pseudocapacitancia.
El director general y consejero delegado de First Graphene, Michael Bell, ha declarado: "Seguimos avanzando a buen ritmo en el mercado rápidamente emergente de los materiales de almacenamiento de energía. Hemos demostrado que podemos fabricar materiales robustos y de alta capacitancia basados en nuestros productos PureGRAPH®. Nuestro próximo reto es optimizar el rendimiento con otros componentes del dispositivo, con especial atención a un electrolito adecuado. Para ello hemos establecido importantes relaciones estratégicas".
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