Суперкондензатори - супер и дори ултра
Въпросът за ефективността, скоростта, капацитета и безопасността на батерията сега се превръща в един от основните глобални проблеми. В смисъл, че неразвитието в тази област заплашва да стагнира цялата ни техническа цивилизация.
Наскоро писахме за експлодиращи литиево-йонни батерии в телефони. Техният все още незадоволителен капацитет и бавното зареждане със сигурност са дразнили Илон Мъск или всеки друг ентусиаст на електрически превозни средства повече от веднъж. От много години слушаме за различни иновации в тази област, но все още няма пробив, който да даде нещо по-добро в ежедневната употреба. От известно време обаче усилено се говори за това, че батериите могат да бъдат заменени с бързо зареждащи се кондензатори или по-скоро техния "супер" вариант.
Защо обикновените кондензатори не се надяват на пробив? Отговорът е лесен. Един килограм бензин е приблизително 4 киловатчаса енергия. Батерията в модела Tesla има около 30 пъти по-малко енергия. Масата на килограм кондензатор е само 0,1 kWh. Няма нужда да обяснявате защо обикновените кондензатори не са подходящи за нова роля. Капацитетът на една съвременна литиево-йонна батерия би трябвало да бъде няколкостотин пъти по-голям.
Суперкондензаторът или ултракондензаторът е вид електролитен кондензатор, който в сравнение с класическите електролитни кондензатори има изключително висок електрически капацитет (от порядъка на няколко хиляди фарада), с работно напрежение от 2-3 V. Най-голямото предимство на суперкондензаторите е много кратко време за зареждане и разреждане в сравнение с други устройства за съхранение на енергия (напр. батерии). Това ви позволява да увеличите захранването до 10 kW на килограм тегло на кондензатора.
Един от моделите ултракондензатори предлагани на пазара.
Постижения в лабораториите
Последните месеци донесоха много информация за нови прототипи на суперкондензатор. В края на 2016 г. научихме например, че група учени от Университета на Централна Флорида са създали нов процес за създаване на суперкондензатори, спестявайки повече енергия и издържайки на повече от 30 XNUMX. цикли на зареждане/разреждане. Ако заменим батериите с тези суперкондензатори, не само ще можем да заредим смартфон за секунди, но това ще е достатъчно за повече от седмица употреба, каза пред медиите Нитин Чоудхари, член на изследователския екип . . Учени от Флорида създават суперкондензатори от милиони микропроводници, покрити с двуизмерен материал. Нишките на кабела са много добри проводници на електричество, което позволява бързо зареждане и разреждане на кондензатора, а двуизмерният материал, който ги покрива, позволява съхранение на големи количества енергия.
Учените от Техеранския университет в Иран, които произвеждат порести медни структури в амонячни разтвори като електроден материал, се придържат към донякъде подобна концепция. Британците от своя страна избират гелове като тези, използвани в контактните лещи. Някой друг занесе полимерите в работилницата. Изследванията и концепциите са безкрайни по света.
Учените, участващи в проект ЕЛЕКТРОГРАФ (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), финансиран от ЕС, работи върху масовото производство на графенови електродни материали и прилагането на екологично чисти йонни течни електролити при стайна температура. Учените очакват това графенът ще замени активния въглен (AC) се използва в електродите на суперкондензаторите.
Изследователите произвеждат графитни оксиди тук, разделят ги на листове графен и след това вграждат листовете в суперкондензатор. В сравнение с електродите, базирани на променлив ток, графеновите електроди имат по-добри адхезивни свойства и по-висок капацитет за съхранение на енергия.
Качване на пътници - трамваят се зарежда
Изследователските центрове се занимават с изследвания и създаване на прототипи, а китайците са приложили суперкондензатори на практика. Град Джуджоу, провинция Хунан, наскоро представи първия произведен в Китай трамвай, захранван от суперкондензатори (2), което означава, че не се нуждае от надземна линия. Трамваят се задвижва от пантографи, монтирани на спирките. Пълното зареждане отнема около 30 секунди, така че се извършва по време на качването и слизането на пътниците. Това позволява на превозното средство да измине 3-5 км без външно захранване, което е достатъчно, за да стигне до следващата спирка. В допълнение, той възстановява до 85% от енергията при спиране.
Възможностите за практическо използване на суперкондензаторите са многобройни – от енергийни системи, горивни клетки, соларни клетки до електрически превозни средства. Напоследък вниманието на специалистите е приковано към използването на суперкондензатори в хибридни електрически превозни средства. Горивна клетка с полимерна диафрагма зарежда суперкондензатор, който след това съхранява електрическа енергия, използвана за захранване на двигател. Бързите цикли на зареждане/разреждане на SC могат да се използват за изглаждане на необходимата пикова мощност на горивната клетка, осигурявайки почти еднаква производителност.
Изглежда вече сме на прага на революцията на суперкондензаторите. Опитът обаче показва, че си струва да сдържате излишния ентусиазъм, за да не се объркате и да не останете с изтощена стара батерия в ръцете си.
