Superkondensatory - super, a nawet ultra
Kwestia wydajności, szybkości, pojemności i bezpieczeństwa akumulatorów staje się obecnie jednym z głównych globalnych problemów. W tym sensie, że niedorozwój w tej dziedzinie grozi stagnacją całej naszej cywilizacji technicznej.
Niedawno pisaliśmy o wybuchających bateriach litowo-jonowych w telefonach. Ich wciąż niezadowalająca pojemność i powolne ładowanie z pewnością nie raz zirytowały Elona Muska lub każdego innego entuzjastę pojazdów elektrycznych. O różnych innowacjach w tej dziedzinie słyszymy od wielu lat, ale wciąż nie ma przełomu, który dawałby coś lepszego w codziennym użytkowaniu. Jednak od jakiegoś czasu dużo mówi się o tym, że baterie można zastąpić szybko ładującymi się kondensatorami, a raczej ich „super” wersją.
Dlaczego zwykłe kondensatory nie mają nadziei na przełom? Odpowiedź jest prosta. Kilogram benzyny to około 4 kilowatogodziny energii. Bateria w modelu Tesla ma około 30 razy mniej energii. Kilogram masy kondensatora to tylko 0,1 kWh. Nie trzeba tłumaczyć, dlaczego zwykłe kondensatory nie nadają się do nowej roli. Pojemność nowoczesnego akumulatora litowo-jonowego musiałaby być kilkaset razy większa.
Superkondensator lub ultrakondensator to rodzaj kondensatora elektrolitycznego, który w porównaniu z klasycznymi kondensatorami elektrolitycznymi ma niezwykle wysoką pojemność elektryczną (rzędu kilku tysięcy faradów), przy napięciu roboczym 2-3 V. Największą zaletą superkondensatorów jest bardzo krótkie czasy ładowania i rozładowania w porównaniu do innych urządzeń magazynujących energię (np. baterii). Pozwala to zwiększyć zasilanie do 10 kW na kilogram masy kondensatora.
Jeden z modeli ultrakondensatorów dostępnych na rynku.
Osiągnięcia w laboratoriach
Ostatnie miesiące przyniosły wiele informacji o nowych prototypach superkondensatorów. Pod koniec 2016 roku dowiedzieliśmy się m.in., że utworzyła się grupa naukowców z University of Central Florida nowy proces tworzenia superkondensatorów, oszczędzając więcej energii i wytrzymując ponad 30 XNUMX. cykle ładowania/rozładowania. Gdybyśmy wymienili baterie na te superkondensatory, nie tylko bylibyśmy w stanie naładować smartfon w kilka sekund, ale wystarczyłoby to na ponad tydzień użytkowania, powiedział mediom Nitin Chowdhary, członek zespołu badawczego. . Naukowcy z Florydy tworzą superkondensatory z milionów mikroprzewodów pokrytych dwuwymiarowym materiałem. Żyły kabla są bardzo dobrymi przewodnikami prądu, co pozwala na szybkie ładowanie i rozładowywanie kondensatora, a pokrywający je dwuwymiarowy materiał pozwala na przechowywanie dużej ilości energii.
Naukowcy z Uniwersytetu w Teheranie w Iranie, którzy jako materiał elektrody wytwarzają porowate struktury miedziane w roztworach amoniaku, trzymają się nieco podobnej koncepcji. Brytyjczycy z kolei wybierają żele takie jak te stosowane w soczewkach kontaktowych. Ktoś inny zabrał polimery do warsztatu. Badania i koncepcje są nieograniczone na całym świecie.
Naukowcy zaangażowani w projekt ELEKTROGRAF (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), finansowany przez UE, pracuje nad masową produkcją materiałów elektrod grafenowych i zastosowaniem przyjaznych dla środowiska ciekłych elektrolitów jonowych w temperaturze pokojowej. Naukowcy tego oczekują grafen zastąpi węgiel aktywny (AC) jest stosowany w elektrodach superkondensatorów.
Naukowcy wyprodukowali tutaj tlenki grafitu, podzielili je na arkusze grafenu, a następnie umieścili je w superkondensatorze. W porównaniu z elektrodami na bazie AC, elektrody grafenowe mają lepsze właściwości adhezyjne i wyższą zdolność magazynowania energii.
Wsiadanie pasażerów - tramwaj się ładuje
Centra naukowe zajmują się badaniami i prototypowaniem, a Chińczycy zastosowali superkondensatory w praktyce. Miasto Zhuzhou w prowincji Hunan zaprezentowało niedawno pierwszy wyprodukowany w Chinach tramwaj zasilany superkondensatorami (2), co oznacza, że nie wymaga on linii napowietrznej. Tramwaj napędzany jest pantografami zainstalowanymi na przystankach. Pełne ładowanie trwa około 30 sekund, a więc odbywa się podczas wsiadania i wysiadania pasażerów. Dzięki temu pojazd może przejechać 3-5 km bez zewnętrznego zasilania, co wystarczy, aby dojechać do kolejnego przystanku. Ponadto odzyskuje do 85% energii podczas hamowania.
Możliwości praktycznego wykorzystania superkondensatorów są liczne – od systemów energetycznych, ogniw paliwowych, ogniw słonecznych po pojazdy elektryczne. W ostatnim czasie uwagę specjalistów przykuło zastosowanie superkondensatorów w hybrydowych pojazdach elektrycznych. Ogniwo paliwowe z membraną polimerową ładuje superkondensator, który następnie przechowuje energię elektryczną wykorzystywaną do zasilania silnika. Szybkie cykle ładowania/rozładowania SC można wykorzystać do wygładzenia wymaganej mocy szczytowej ogniwa paliwowego, zapewniając niemal jednolitą wydajność.
Wydaje się, że jesteśmy już na progu rewolucji superkondensatorowej. Doświadczenie pokazuje jednak, że warto powstrzymywać ekscesy entuzjazmu, aby nie pomylić się i nie zostać z rozładowaną starą baterią w rękach.
