Les dispositifs de stockage d’énergie modernes, tels que les supercondensateurs et les batteries, ont des performances fortement dépendantes de la température. Si un appareil devient trop chaud, il devient sensible à « l’emballement thermique ». L’emballement thermique, ou surchauffe incontrôlée, peut finalement entraîner des explosions ou des incendies. L’adoption d’une stratégie de gestion thermique bien informée est nécessaire pour le fonctionnement stable et sûr des appareils. Pour ce faire, il est important de comprendre comment certaines propriétés thermiques, comme la capacité calorifique (Cp), changent dynamiquement pendant la charge et la décharge.
Récemment, des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju ont étudié les propriétés thermiques des condensateurs électriques à double couche (EDLC) – un type de supercondensateur ayant une puissance élevée et une longue durée de vie – pour une base technique dans la mesure thermique et ont révélé des informations importantes. « En utilisant la méthode du fil chaud 3ω, nous avons pu mesurer en temps réel l’évolution de la capacité calorifique des EDLC dans un volume microscopique électrode-électrolyte, qui est un site actif pour l’adsorption et la désorption des ions », explique le Pr. Jae Hun Seol, qui a dirigé l’étude. L’étude a été mise en ligne le 5 février 2022 et sera publiée dans le Journal international du transfert de chaleur et de masse le 1 juin 2022.
L’équipe de recherche a mené des expériences à la fois in situ (dans des conditions statiques) et operando (pendant la charge). Ils ont constaté que les températures des électrodes positive et négative changeaient de 0,92 % et 0,42 % pendant la charge, ce qui correspondait à des réductions de 9,14 % et 3,91 % de leur Cp respectif. « Selon la théorie thermodynamique, l’entropie de configuration ionique (une mesure du caractère aléatoire) d’un système diminue pendant l’adsorption, c’est-à-dire la charge. Cela affecte également l’énergie libre du système. Ensemble, cela conduit à une diminution de Cp », explique le professeur .Seol.
L’équipe a également fait varier la concentration de l’électrolyte, l’hydroxyde de potassium, pour voir comment cela affectait les performances de l’EDLC. Ils ont découvert que l’EDLC affichait une capacité maximale et une réduction de Cp lorsque la concentration d’électrolyte était de 8 M. Ils ont attribué cela aux variations du degré d’hydratation des ions et de leur mobilité ionique.
« Un aspect important de cette étude est que la charge et la décharge modifient également le Cp des EDLC », déclare le professeur Seol. « Ces découvertes permettront d’étendre notre compréhension de la physique thermique sous-jacente des EDLC. »
En effet, ces résultats peuvent être considérés comme une étape majeure vers de futures stratégies de gestion thermique efficaces, qui créeront des dispositifs de stockage d’énergie plus sûrs et plus fiables.
Yeongcheol Park et al, Caractérisation thermique in situ et operando dans des condensateurs électriques aqueux à double couche à l’aide de la méthode du fil chaud 3ω, Journal international du transfert de chaleur et de masse (2022). DOI : 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122632
Fourni par GIST (Institut des sciences et technologies de Gwangju)