Суперконденсатори – супер і навіть ультра
Питання ефективності акумуляторів, швидкості роботи, ємності та безпеки нині стає однією з головних глобальних проблем. У тому сенсі, що нерозвиненість у цій галузі загрожує стагнацією всієї нашої технічної цивілізації.
Нещодавно ми писали про літій-іонні батареї, що вибухають, у телефонах. Їх, як і раніше, незадовільна ємність і повільна зарядка, безумовно, не раз дратували Ілона Маска або будь-якого іншого ентузіаста електромобілів. Про різні інновації у цій галузі ми чуємо вже багато років, але прориву, який дав би щось найкраще у повсякденному використанні, поки що немає. Проте з деяких пір багато говориться про те, що батареї можна замінити швидкозарядними конденсаторами, а точніше їхньою «супер» версією.
Чому звичайні конденсатори не сподіваються на прорив? Відповідь проста. Кілограм бензину приблизно 4. кіловат-годин енергії. Батарея моделі Tesla має приблизно в 30 разів менше енергії. Кілограм маси конденсатора становить лише 0,1 кВтг. Не треба пояснювати, чому звичайні конденсатори не підходять на нову роль. Конденсатор ємністю сучасної літій-іонної батареї повинен був бути в кілька сотень разів більший за неї.
Суперконденсатор або ультраконденсатор - це тип електролітичного конденсатора, який у порівнянні з класичними електролітичними конденсаторами має надзвичайно високу електричну ємність (порядку кількох тисяч фарад), з робочою напругою 2-3 Ст. Найбільшою перевагою суперконденсаторів є дуже короткий час зарядки та розрядки проти іншими накопичувачами енергії (наприклад, батареями). Це дозволяє збільшити потужність живлення до 10 кВт на кілограм ваги конденсатора.
Одна із моделей ультраконденсаторів, доступних на ринку.
Досягнення у лабораторіях
Останні місяці принесли багато інформації про нові прототипи суперконденсаторів. Наприкінці 2016 року ми дізналися, наприклад, що група вчених із Університету Центральної Флориди створила новий процес створення суперконденсаторів, зберігаючи більше енергії та витримуючи більше 30 XNUMX. цикли заряджання/розрядження. Якби ми замінили акумулятори цими суперконденсаторами, ми не тільки змогли б зарядити смартфон за секунди, але цього вистачило б більш ніж на тиждень його використання, заявив у ЗМІ Нітін Чоудхарі, член дослідницької групи. . Флориди створюють суперконденсатори з мільйонів мікропровідників, покритих двовимірним матеріалом. Жили кабелю дуже добре проводять електрику, забезпечуючи швидку зарядку та розрядку конденсатора, а двомірний матеріал, що покриває їх, дозволяє зберігати велику кількість енергії.
У вчених з Тегеранського університету Ірану, які виробляють пористі мідні конструкції в аміачних розчинах як електродний матеріал, дотримуються дещо схожої концепції. Британці, у свою чергу, вибирають гелі, подібні до тих, що використовуються в контактних лінзах. Хтось ще взяв полімери у майстерню. Дослідження та концепції нескінченні по всьому світу.
Вчені, які беруть участь у проект ЕЛЕКТРОГРАФ (Електроди на основі графену для застосування в суперконденсаторах), що фінансується ЄС, працювала над масовим виробництвом графенових електродних матеріалів та застосуванням екологічно чистих електролітів з іонної рідини за кімнатної температури. Вчені очікують, що графен замінить активоване вугілля (AC) використовується у електродах суперконденсаторів.
Дослідники виготовили тут оксиди графіту, розділили їх у листи графену, та був вбудували листи в суперконденсатор. Порівняно з електродами на основі змінного струму графенові електроди мають кращі адгезійні властивості та більш високу ємність накопичення енергії.
Посадка пасажирів – трамвай заряджається
Наукові центри займаються дослідженнями та створенням прототипів, а китайці застосували суперконденсатори на практиці. У місті Чжучжоу провінції Хунань нещодавно був представлений перший трамвай китайського виробництва, що працює на енергії суперконденсаторів (2), а отже, не потребує повітряної лінії. Трамвай одержує енергію від пантографів, встановлених на зупинках. Повна зарядка займає близько 30 секунд, тому відбувається під час посадки та висадки пасажирів. Це дозволяє транспортному засобу проїхати 3-5 км без зовнішнього живлення, чого достатньо, щоб дістатися наступної зупинки. Крім того, він відновлює до 85% енергії при гальмуванні.
Можливості практичного використання суперконденсаторів численні – від енергетичних систем, паливних елементів, фотоелементів до електромобілів. Останнім часом увага фахівців прикута до використання суперконденсаторів у гібридних електромобілях. Паливний елемент із полімерною діафрагмою заряджає суперконденсатор, який потім накопичує електричну енергію, що використовується для живлення двигуна. Швидкі цикли заряду/розряду SC можуть використовуватися для згладжування необхідної потужності пікової паливного елемента, забезпечуючи майже рівномірну продуктивність.
Здається, ми вже перебуваємо на порозі суперконденсаторної революції. Досвід показує, що варто стримувати надлишки ентузіазму, щоб не заплутатися і не залишитися з розрядженим старим акумулятором в руках.
