Des chercheurs découvrent des changements critiques dans les propriétés thermiques des dispositifs de stockage d’énergie pendant leur fonctionnement, ouvrant la voie à une meilleure gestion thermique.
Les dispositifs modernes de stockage d’énergie, tels que les supercondensateurs et les batteries, ont des performances qui dépendent fortement de la température. Si un dispositif devient trop chaud, il devient sensible à l’emballement thermique. L’emballement thermique – ou la surchauffe incontrôlée – peut finalement entraîner des explosions ou des incendies dangereux. L’adoption d’une stratégie de gestion thermique bien informée est nécessaire pour assurer un fonctionnement stable et sûr des dispositifs. Pour ce faire, il est nécessaire de comprendre comment certaines propriétés thermiques, comme la capacité thermique (Cp), changent dynamiquement pendant la charge et la décharge.
Récemment, des chercheurs de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju (GIST) 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 établir une base technique de mesure thermique et ont révélé des informations importantes. “En utilisant les 3ω méthode du fil chaud, nous avons pu mesurer la variation de la capacité thermique des EDLC en temps réel dans un volume microscopique d’électrode-électrolyte, qui est un site actif pour l’adsorption et la désorption des ions”, explique le professeur Jae Hun Seol, qui a dirigé l’étude.
L’étude a été mise en ligne le 5 février 2022 et sera publiée dans le Volume 188, Issue 122632 de International Journal of Heat and Mass Transfer le 1er juin 2022.
La gestion efficace des propriétés thermiques des dispositifs de stockage d’énergie est la clé pour éviter l’emballement thermique et garantir la sécurité. Récemment, des scientifiques de l’Institut des sciences et de la technologie de Gwangju ont découvert des changements clés dans les propriétés thermiques des condensateurs électriques à double couche pendant la charge et la décharge, ce qui contribuera à informer les futures stratégies de gestion thermique. Crédit : Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST)
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 positives et négatives ont changé de 0,92% et 0,42% pendant la charge, ce qui correspond à des réductions de 9,14% et 3,91% de leur Cp. ” Selon la théorie thermodynamique, l’entropie de la 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 Cpexplique le professeur Seol.
L’équipe a également fait varier la concentration de l’électrolyte, l’hydroxyde de potassium, pour voir comment elle affectait les performances de l’EDLC. Ils ont constaté que l’EDLC présentait une capacité et une réduction de Cp maximales lorsque la concentration de l’électrolyte était de 8 M. Ils ont attribué ce phénomène 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 la capacité Cp.p des EDLC”, déclare le professeur Seol. “Ces résultats 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 permettront de créer des dispositifs de stockage d’énergie plus sûrs et plus fiables.
Référence : “Caractérisation thermique in situ et operando dans les condensateurs électriques à double couche aqueux en utilisant la méthode 3ω hot-wire method” par Yeongcheol Park, Jaehoon Kim, Changho Kim, Seung-Mo Lee, Chul Kang et Jae Hun Seol, 5 février 2022, International Journal of Heat and Mass Transfer.
DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122632
