Superkondenzatorji - super in celo ultra
Vprašanje učinkovitosti, hitrosti, zmogljivosti in varnosti baterije postaja eden glavnih globalnih problemov. V smislu, da nerazvitost na tem področju grozi z stagnacijo celotne naše tehnične civilizacije.
Pred kratkim smo pisali o eksploziji litij-ionskih baterij v telefonih. Njihova še vedno nezadovoljiva zmogljivost in počasno polnjenje sta zagotovo že večkrat razjezila Elona Muska ali katerega koli drugega navdušenca nad električnimi vozili. O različnih novostih na tem področju poslušamo že vrsto let, a še vedno ni nobenega preboja, ki bi dal kaj boljšega v vsakdanji uporabi. Se pa že nekaj časa veliko govori o tem, da je mogoče baterije zamenjati s hitro polnilnimi kondenzatorji oziroma njihovo "super" različico.
Zakaj navadni kondenzatorji ne upajo na preboj? Odgovor je preprost. Kilogram bencina je približno 4. kilovatne ure energije. Baterija v modelu Tesla ima približno 30-krat manj energije. Kilogram mase kondenzatorja je le 0,1 kWh. Ni treba razlagati, zakaj navadni kondenzatorji niso primerni za novo vlogo. Kapaciteta sodobne litij-ionske baterije bi morala biti nekaj stokrat večja.
Superkondenzator ali ultrakondenzator je vrsta elektrolitskega kondenzatorja, ki ima v primerjavi s klasičnimi elektrolitskimi kondenzatorji izjemno visoko električno kapacitivnost (približno nekaj tisoč farad), z delovno napetostjo 2-3 V. Največja prednost superkondenzatorjev je zelo kratki časi polnjenja in praznjenja v primerjavi z drugimi napravami za shranjevanje energije (npr. baterijami). To vam omogoča povečanje napajanja na 10 kW na kilogram teže kondenzatorja.
Eden od modelov ultrakondenzatorjev, ki so na voljo na trgu.
Dosežki v laboratorijih
Zadnji meseci so prinesli veliko informacij o novih prototipih superkondenzatorjev. Konec leta 2016 smo izvedeli na primer, da je skupina znanstvenikov z univerze Central Florida ustvarila nov postopek za ustvarjanje superkondenzatorjev, prihrani več energije in prenese več kot 30 XNUMX. cikli polnjenja/praznjenja. Če bi zamenjali baterije s temi superkondenzatorji, bi ne le, da bi pametni telefon lahko napolnili v nekaj sekundah, ampak bi to zadostovalo za več kot tedensko uporabo, je medijem povedal član raziskovalne skupine Nitin Chowdhary . . Floridski znanstveniki ustvarjajo superkondenzatorje iz milijonov mikrožic, prevlečenih z dvodimenzionalnim materialom. Niti kabla so zelo dobri prevodniki električne energije, ki omogočajo hitro polnjenje in praznjenje kondenzatorja, dvodimenzionalni material, ki jih prekriva, pa omogoča shranjevanje velikih količin energije.
Nekoliko podobnega koncepta se držijo znanstveniki z univerze v Teheranu v Iranu, ki proizvajajo porozne bakrene strukture v raztopinah amoniaka kot materiala za elektrode. Britanci pa se odločajo za gele, kot so tisti, ki se uporabljajo v kontaktnih lečah. Nekdo drug je polimere odnesel v delavnico. Raziskave in koncepti so neskončni po vsem svetu.
Znanstveniki, ki sodelujejo pri projekt ELEKTROGRAF (Graphen-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), ki ga financira EU, se ukvarja s množično proizvodnjo materialov za grafenske elektrode in uporabo okolju prijaznih ionskih tekočih elektrolitov pri sobni temperaturi. Znanstveniki to pričakujejo grafen bo nadomestil aktivno oglje (AC) se uporablja v elektrodah superkondenzatorjev.
Raziskovalci so tukaj proizvedli grafitne okside, jih razdelili na liste grafena in jih nato vgradili v superkondenzator. V primerjavi z elektrodami na osnovi AC imajo grafenske elektrode boljše lepilne lastnosti in večjo zmogljivost shranjevanja energije.
Vkrcanje potnikov - tramvaj se zaračuna
Znanstveni centri se ukvarjajo z raziskavami in izdelavo prototipov, Kitajci pa so superkondenzatorje uvedli v prakso. Mesto Zhuzhou v provinci Hunan je pred kratkim predstavilo prvi tramvaj kitajske izdelave, ki ga poganjajo superkondenzatorji (2), kar pomeni, da ne potrebuje nadzemnega voda. Tramvaj poganjajo odjemniki toka, nameščeni na postajališčih. Polno polnjenje traja približno 30 sekund, tako da poteka med vkrcanjem in izstopom potnikov. To omogoča, da vozilo prevozi 3-5 km brez zunanjega napajanja, kar je dovolj za prihod do naslednje postaje. Poleg tega pri zaviranju povrne do 85 % energije.
Možnosti praktične uporabe superkondenzatorjev so številne - od energetskih sistemov, gorivnih celic, sončnih celic do električnih vozil. V zadnjem času je bila pozornost strokovnjakov prikovana na uporabo superkondenzatorjev v hibridnih električnih vozilih. Gorivna celica s polimerno membrano polni superkondenzator, ki nato shranjuje električno energijo, ki se uporablja za pogon motorja. Hitri cikli polnjenja/praznjenja SC se lahko uporabijo za izravnavo zahtevane konične moči gorivnih celic, kar zagotavlja skoraj enakomerno delovanje.
Zdi se, da smo že na pragu revolucije superkondenzatorjev. Izkušnje pa kažejo, da je vredno omejiti presežke navdušenja, da se ne zmedete in ne ostanete z izpraznjeno staro baterijo v rokah.
