Superkondensatoriai - super ir net ultra

Akumuliatoriaus efektyvumo, greičio, talpos ir saugos klausimas dabar tampa viena iš pagrindinių pasaulinių problemų. Ta prasme, kad neišsivystymas šioje srityje gali sustabarėti visą mūsų techninę civilizaciją.

Neseniai rašėme apie sprogstančias ličio jonų baterijas telefonuose. Jų vis dar nepatenkinama talpa ir lėtas įkrovimas tikrai ne kartą erzino Eloną Muską ar bet kurį kitą elektromobilių entuziastą. Jau daug metų girdime apie įvairias naujoves šioje srityje, tačiau vis dar nėra proveržio, kuris duotų ką nors geresnio kasdieniame gyvenime. Tačiau jau kuris laikas netyla kalbos apie tai, kad baterijas galima pakeisti greito įkrovimo kondensatoriais, o tiksliau jų „super“ versija.

Kodėl paprasti kondensatoriai nesitiki proveržio? Atsakymas paprastas. Kilogramas benzino yra maždaug 4. kilovatvalandės energijos. „Tesla“ modelio baterija turi apie 30 kartų mažiau energijos. Kilogramas kondensatoriaus masės yra tik 0,1 kWh. Nereikia aiškinti, kodėl įprasti kondensatoriai netinka naujam vaidmeniui. Šiuolaikinės ličio jonų baterijos talpa turėtų būti kelis šimtus kartų didesnė.

Superkondensatorius arba ultrakondensatorius yra elektrolitinių kondensatorių tipas, kuris, palyginti su klasikiniais elektrolitiniais kondensatoriais, turi itin didelę elektrinę talpą (kelių tūkstančių faradų eilės), o darbinė įtampa yra 2–3 V. Didžiausias superkondensatorių privalumas yra labai trumpas įkrovimo ir iškrovimo laikas palyginti su kitais energijos kaupimo įrenginiais (pvz., akumuliatoriais). Tai leidžia padidinti maitinimo šaltinį iki 10 kW vienam kondensatoriaus svorio kilogramui.

Vienas iš rinkoje esančių ultrakondensatorių modelių.

Pasiekimai laboratorijose

Pastarieji mėnesiai atnešė daug informacijos apie naujus superkondensatorių prototipus. 2016 metų pabaigoje sužinojome, kad, pavyzdžiui, mokslininkų grupė iš Centrinės Floridos universiteto sukūrė naujas superkondensatorių kūrimo procesas, taupydami daugiau energijos ir atlaikydami daugiau nei 30 XNUMX. įkrovimo/iškrovimo ciklai. Jei pakeistume baterijas šiais superkondensatoriais, ne tik išmanųjį telefoną galėtume įkrauti per kelias sekundes, bet to pakaktų ilgiau nei savaitei, žiniasklaidai sakė tyrimo grupės narys Nitin Chowdhary. . . Floridos mokslininkai sukuria superkondensatorius iš milijonų mikrolaidelių, padengtų dvimate medžiaga. Kabelio gijos yra labai geri elektros laidininkai, leidžiantys greitai įkrauti ir iškrauti kondensatorių, o jas dengianti dvimatė medžiaga leidžia kaupti didelius energijos kiekius.

Irano Teherano universiteto mokslininkai, gaminantys akytas vario struktūras amoniako tirpaluose kaip elektrodų medžiagą, laikosi šiek tiek panašios koncepcijos. Britai savo ruožtu renkasi tokius gelius, kokius naudoja kontaktiniai lęšiai. Kažkas kitas nuvežė polimerus į dirbtuves. Tyrimų ir koncepcijų visame pasaulyje yra begalė.

Mokslininkai, dalyvaujantys projektas ELEKTROGRAFAS (Grafeno pagrindu pagaminti elektrodai superkondensatorių taikymui), finansuojama ES, masinės grafeno elektrodų medžiagų gamybos ir aplinkai nekenksmingų joninių skystų elektrolitų pritaikymo kambario temperatūroje srityje. Mokslininkai to tikisi grafenas pakeis aktyvintąją anglį (AC) naudojamas superkondensatorių elektroduose.

Tyrėjai čia pagamino grafito oksidus, suskaidė juos į grafeno lakštus, o tada įdėjo lakštus į superkondensatorių. Palyginti su kintamosios srovės elektrodais, grafeno elektrodai turi geresnes sukibimo savybes ir didesnę energijos kaupimo talpą.

Keleivių įlaipinimas – tramvajus kraunasi

Tyrimų centrai užsiima tyrimais ir prototipų kūrimu, o kinai superkondensatorius pritaikė praktiškai. Hunano provincijos Zhuzhou mieste neseniai buvo pristatytas pirmasis Kinijoje pagamintas tramvajus, varomas superkondensatoriais (2), o tai reiškia, kad jam nereikia oro linijos. Tramvajus varomas stotelėse sumontuotais pantografais. Pilnas įkrovimas trunka apie 30 sekundžių, todėl vyksta keleivių įlaipinimo ir išlaipinimo metu. Tai leidžia transporto priemonei nuvažiuoti 3-5 km be išorinio maitinimo, o to pakanka norint patekti į kitą stotelę. Be to, stabdant atgauna iki 85 % energijos.

Galimybių praktiškai panaudoti superkondensatorius yra daugybė – nuo ​​energijos sistemų, kuro elementų, saulės elementų iki elektrinių transporto priemonių. Pastaruoju metu specialistų dėmesį patraukė superkondensatorių panaudojimas hibridinėse elektromobiliuose. Polimerinės diafragmos kuro elementas įkrauna superkondensatorių, kuris vėliau kaupia elektros energiją, naudojamą varikliui maitinti. Greito SC įkrovimo / iškrovimo ciklai gali būti naudojami norint išlyginti reikiamą didžiausią kuro elemento galią ir užtikrinti beveik vienodą veikimą.

Atrodo, kad jau esame ant superkondensatorių revoliucijos slenksčio. Tačiau patirtis rodo, kad entuziazmo perteklių verta tramdyti, kad nesusipainiotumėte ir neliktų rankose su išsikrovusia sena baterija.