Supercondensatori - super și chiar ultra
Problema eficienței, vitezei, capacității și siguranței bateriei devine acum una dintre principalele probleme globale. În sensul că subdezvoltarea în acest domeniu amenință să stagneze întreaga noastră civilizație tehnică.
Am scris recent despre explozia bateriilor litiu-ion din telefoane. Capacitatea lor încă nesatisfăcătoare și încărcarea lentă l-au enervat cu siguranță pe Elon Musk sau pe orice alt pasionat de vehicule electrice de mai multe ori. Am auzit despre diverse inovații în acest domeniu de mulți ani, dar încă nu există nicio descoperire care să ofere ceva mai bun în utilizarea de zi cu zi. Totuși, de ceva vreme se vorbește mult despre faptul că bateriile pot fi înlocuite cu condensatoare de încărcare rapidă, sau mai degrabă versiunea lor „super”.
De ce condensatoarele obișnuite nu speră la o descoperire? Răspunsul este simplu. Un kilogram de benzină reprezintă aproximativ 4. kilowați-oră de energie. Bateria modelului Tesla are de aproximativ 30 de ori mai puțină energie. Un kilogram de masa condensatorului este de numai 0,1 kWh. Nu este nevoie să explic de ce condensatoarele obișnuite nu sunt potrivite pentru un nou rol. Capacitatea unei baterii moderne litiu-ion ar trebui să fie de câteva sute de ori mai mare.
Un supercondensator sau ultracondensator este un tip de condensator electrolitic care, în comparație cu condensatoarele electrolitice clasice, are o capacitate electrică extrem de mare (de ordinul a câteva mii de faradi), cu o tensiune de funcționare de 2-3 V. Cel mai mare avantaj al supercondensatorilor este timpi foarte scurti de încărcare și descărcare comparativ cu alte dispozitive de stocare a energiei (de exemplu, baterii). Acest lucru vă permite să măriți sursa de alimentare la 10 kW per kilogram de greutate a condensatorului.
Unul dintre modelele de ultracondensatori disponibile pe piata.
Realizări în laboratoare
Ultimele luni au adus o mulțime de informații despre noile prototipuri de supercondensator. La sfârșitul anului 2016, am aflat, de exemplu, că un grup de oameni de știință de la Universitatea din Florida Centrală a creat nou proces de creare a supercondensatorilor, economisind mai multă energie și rezistând la peste 30 XNUMX. cicluri de încărcare/descărcare. Dacă ar fi să înlocuim bateriile cu acești supercondensatori, nu numai că am putea încărca un smartphone în câteva secunde, dar asta ar fi suficient pentru mai mult de o săptămână de utilizare, a declarat Nitin Chowdhary, membru al echipei de cercetare, presei. . . Oamenii de știință din Florida creează supercondensatori din milioane de microfire acoperite cu un material bidimensional. Firele cablului sunt foarte bune conductoare de electricitate, permițând încărcarea și descărcarea rapidă a condensatorului, iar materialul bidimensional care le acoperă permite stocarea unor cantități mari de energie.
Oamenii de știință de la Universitatea din Teheran din Iran, care produc structuri poroase de cupru în soluții de amoniac ca material pentru electrozi, aderă la un concept oarecum similar. Britanicii, la randul lor, opteaza pentru geluri precum cele folosite in lentilele de contact. Altcineva a dus polimerii la atelier. Cercetările și conceptele sunt nesfârșite în întreaga lume.
Oamenii de știință implicați în proiect ELECTROGRAF (Electrozi pe bază de grafen pentru aplicații cu supercondensatori), finanțat de UE, a lucrat la producția în masă a materialelor pentru electrozi de grafen și la aplicarea electroliților lichizi ionici ecologici la temperatura camerei. Oamenii de știință se așteaptă la asta grafenul va înlocui cărbunele activ (AC) este utilizat în electrozii supercondensatorilor.
Cercetătorii au produs aici oxizi de grafit, i-au împărțit în foi de grafen și apoi au încorporat foile într-un supercondensator. În comparație cu electrozii pe bază de curent alternativ, electrozii de grafen au proprietăți adezive mai bune și o capacitate mai mare de stocare a energiei.
Imbarcarea pasagerilor - tramvaiul se incarca
Centrele de cercetare sunt angajate în cercetare și prototipare, iar chinezii au pus în practică supercondensatorii. Orașul Zhuzhou, provincia Hunan, a dezvăluit recent primul tramvai de fabricație chinezească alimentat cu supercondensatori (2), ceea ce înseamnă că nu necesită o linie aeriene. Tramvaiul este alimentat de pantografe instalate la opriri. O încărcare completă durează aproximativ 30 de secunde, deci are loc în timpul îmbarcării și debarcării pasagerilor. Acest lucru permite vehiculului să parcurgă 3-5 km fără alimentare externă, ceea ce este suficient pentru a ajunge la următoarea oprire. În plus, recuperează până la 85% din energie la frânare.
Posibilitățile de utilizare practică a supercondensatorilor sunt numeroase - de la sisteme energetice, celule de combustie, celule solare până la vehicule electrice. Recent, atenția specialiștilor a fost concentrată asupra utilizării supercondensatorilor în vehiculele electrice hibride. O celulă de combustibil cu diafragmă polimerică încarcă un supercondensator, care apoi stochează energia electrică folosită pentru a alimenta un motor. Ciclurile rapide de încărcare/descărcare ale SC pot fi utilizate pentru a netezi puterea de vârf necesară a celulei de combustibil, oferind performanțe aproape uniforme.
Se pare că suntem deja în pragul revoluției supercondensatorului. Experiența arată, însă, că merită să reținem excesele de entuziasm pentru a nu te încurca și a nu rămâne cu o baterie veche descărcată în mâini.
