Superkondensatorer - super og til og med ultra
Spørsmålet om batterieffektivitet, hastighet, kapasitet og sikkerhet er nå i ferd med å bli et av de største globale problemene. I den forstand at underutvikling på dette området truer med å stagnere hele vår tekniske sivilisasjon.
Vi skrev nylig om eksploderende litium-ion-batterier i telefoner. Deres fortsatt utilfredsstillende kapasitet og langsomme lading har absolutt irritert Elon Musk eller andre elektriske kjøretøyentusiaster mer enn én gang. Vi har hørt om ulike innovasjoner på dette området i mange år, men det er fortsatt ikke noe gjennombrudd som ville gitt noe bedre i daglig bruk. Imidlertid har det i en stund nå vært mye snakk om at batterier kan byttes ut med hurtigladede kondensatorer, eller rettere sagt deres "super" versjon.
Hvorfor håper ikke vanlige kondensatorer på et gjennombrudd? Svaret er enkelt. Et kilo bensin er omtrent 4, kilowattimer med energi. Batteriet i Tesla-modellen har omtrent 30 ganger mindre energi. Et kilo kondensatormasse er bare 0,1 kWh. Du trenger ikke å forklare hvorfor vanlige kondensatorer ikke er egnet for en ny rolle. Kapasitansen til et moderne litium-ion-batteri må være flere hundre ganger større.
En superkondensator eller ultrakondensator er en type elektrolytisk kondensator som, sammenlignet med klassiske elektrolytiske kondensatorer, har en ekstremt høy elektrisk kapasitans (i størrelsesorden flere tusen farad), med en driftsspenning på 2-3 V. Den største fordelen med superkondensatorer er svært korte lade- og utladningstider sammenlignet med andre energilagringsenheter (f.eks. batterier). Dette lar deg øke strømforsyningen til 10 kW per kilo kondensatorvekt.
En av modellene av ultrakondensatorer tilgjengelig på markedet.
Prestasjoner i laboratorier
De siste månedene har brakt mye informasjon om nye superkondensatorprototyper. På slutten av 2016 lærte vi for eksempel at en gruppe forskere fra University of Central Florida opprettet ny prosess for å lage superkondensatorer, sparer mer energi og tåler mer enn 30 XNUMX. lade-/utladingssykluser. Hvis vi skulle bytte ut batteriene med disse superkondensatorene, ville vi ikke bare kunne lade en smarttelefon på sekunder, men det ville være nok til mer enn en ukes bruk, sa Nitin Chowdhary, et medlem av forskerteamet, til media . . Florida-forskere lager superkondensatorer fra millioner av mikrotråder belagt med et todimensjonalt materiale. Trådene på kabelen er veldig gode ledere av elektrisitet, noe som muliggjør rask lading og utlading av kondensatoren, og det todimensjonale materialet som dekker dem gir mulighet for lagring av store mengder energi.
Forskere fra University of Teheran i Iran, som produserer porøse kobberstrukturer i ammoniakkløsninger som et elektrodemateriale, holder seg til et noe lignende konsept. Britene velger på sin side geler som de som brukes i kontaktlinser. Noen andre tok polymerene til verkstedet. Forskning og konsepter er uendelige rundt om i verden.
Forskere involvert i prosjekt ELEKTROGRAF (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), finansiert av EU, har jobbet med masseproduksjon av grafenelektrodematerialer og bruk av miljøvennlige ioniske flytende elektrolytter ved romtemperatur. Forskere forventer det grafen vil erstatte aktivt karbon (AC) brukes i elektrodene til superkondensatorer.
Forskerne produserte grafittoksider her, delte dem i ark med grafen, og bygde deretter arkene inn i en superkondensator. Sammenlignet med AC-baserte elektroder har grafenelektroder bedre klebeegenskaper og høyere energilagringskapasitet.
Påstigende passasjerer - trikken lader
Forskningssentre driver med forskning og prototyping, og kineserne har satt superkondensatorer i praksis. Byen Zhuzhou, Hunan-provinsen, avduket nylig den første kinesiskproduserte trikken drevet av superkondensatorer (2), noe som betyr at den ikke krever luftledning. Trikken drives av strømavtakere installert ved holdeplasser. En full lading tar omtrent 30 sekunder, så det skjer under på- og avstigning av passasjerer. Dette gjør at kjøretøyet kan reise 3-5 km uten ekstern strøm, noe som er nok til å komme til neste stopp. I tillegg gjenvinner den opptil 85 % av energien ved bremsing.
Mulighetene for praktisk bruk av superkondensatorer er mange - fra energisystemer, brenselceller, solceller til elektriske kjøretøy. Nylig har spesialisters oppmerksomhet blitt fengslet til bruken av superkondensatorer i hybridelektriske kjøretøy. En brenselcelle av polymermembran lader en superkondensator, som deretter lagrer elektrisk energi som brukes til å drive en motor. De raske lade-/utladingssyklusene til SC kan brukes til å jevne ut den nødvendige toppeffekten til brenselcellen, og gir nesten jevn ytelse.
Det ser ut til at vi allerede er på terskelen til superkondensatorrevolusjonen. Erfaring viser imidlertid at det er verdt å holde tilbake overdreven entusiasme for ikke å bli forvirret og ikke sitte igjen med et utladet gammelt batteri i hendene.
