Hybridikapasitorit

Hybridikapasitorit ovat sähköenergiaa varastoivia laitteita, jotka yhdistävät superkondensaattoreiden korkean hyötysuhteen ja nopeuden sekä akkukemian kaltaisten elektroditen suuremman energianvarastointikyvyn. Niin sanotut hybridi- tai puolijohdekapasit kannattavat tätä yhdistämällä kahden erilaisen elektrodin toimintaperiaatteet: toinen elektrodista tarjoaa pääasiassa nopeaa, vaihtelevassa yhteydessä tapahtuvaa varastointia (kaksikerroksen tai pseudokapasitiivinen mekanismi), kun taas toinen elektrodista mahdollistaa Faradaisia reaktioita tai ionien interkalointia, mikä lisää tallennettavaa energiaa.

Käyttöperiaate voidaan toteuttaa eri tavoin, mutta yleisin malli on kaksielementtinen solu, jossa toinen elektrodista toimii kuten akku ja toinen kuten perinteinen kytkentäkapasitori. Esimerkkinä ovat Li-ion -kapasitorit (LIC), joissa negatiivinen elektrod on interkalointia varten soveltuva hiili (esimerkiksi grafiitti tai kova hiili) ja positiivinen elektrod on aktivoitua hiiltä tai muuta materiaalina, mikä tarjoaa sekä kapasitiivista varastointia että sähkökemiallista reaktiota. Tällaiset järjestelmät tarjoavat suuremman energian tiheyden kuin perinteiset EDLC-kapasitorit, mutta voivat olla kalliimpia tai lyhyemmän eliniän omaavia kuin tavalliset litiumioniakut.

Materiaalit vaihtelevat: hiili- ja grafenipohjaiset elektrodiyhdistelmät, sekä pelkät tai yhdistetyt materiaalit kuten MnO2, RuO2 tai muut oksidit sekä polypeja tai muita pseudokapasitiivisia aineita. Hybridejä voidaan rakentaa sekä sähkökemiallisesti että kemiallisesti optimoiduille elektrolyytteille.

Käyttökohteet ovat laajat, mukaan lukien sähköpyörät, kevyt elektroniikka ja pienikokoiset energianvarastot, missä tarvitaan sekä korkeaa tehoa että parempaa energian tiheyttä kuin perinteisillä superkondensaattoreilla. Haasteina ovat kustannukset, elinikä sekä lämpötilan vaikutus suorituskykyyn, jolloin tutkimus keskittyy edelleen parantamaan kestävyyttä ja kustannuskilpailukykyä.