Суперконденсаторы — супер и даже ультра
Вопрос эффективности аккумуляторов, скорости работы, емкости и безопасности в настоящее время становится одной из главных глобальных проблем. В том смысле, что неразвитость в этой области грозит стагнацией всей нашей технической цивилизации.
Недавно мы писали о взрывающихся литий-ионных батареях в телефонах. Их по-прежнему неудовлетворительная емкость и медленная зарядка, безусловно, не раз раздражали Илона Маска или какого-либо другого энтузиаста электромобилей. О различных инновациях в этой области мы слышим уже много лет, но прорыва, который дал бы что-то лучшее в повседневном использовании, пока нет. Однако с некоторых пор много говорится о том, что батареи можно заменить быстрозарядными конденсаторами, а точнее их «супер» версией.
Почему обычные конденсаторы не надеются на прорыв? Ответ прост. Килограмм бензина примерно 4. киловатт-часов энергии. Батарея в модели Tesla имеет примерно в 30 раз меньше энергии. Килограмм массы конденсатора составляет всего 0,1 кВтч. Не нужно объяснять, почему обычные конденсаторы не годятся на новую роль. Конденсатор емкостью современной литий-ионной батареи должен был бы быть в несколько сотен раз больше ее.
Суперконденсатор или ультраконденсатор — это тип электролитического конденсатора, который по сравнению с классическими электролитическими конденсаторами имеет чрезвычайно высокую электрическую емкость (порядка нескольких тысяч фарад), с рабочим напряжением 2-3 В. Самым большим преимуществом суперконденсаторов является очень короткое время зарядки и разрядки по сравнению с другими накопителями энергии (например, батареями). Это позволяет увеличить мощность питания до 10 кВт на килограмм веса конденсатора.
Одна из моделей ультраконденсаторов, доступных на рынке.
Достижения в лабораториях
Последние месяцы принесли много информации о новых прототипах суперконденсаторов. В конце 2016 года мы узнали, например, что группа ученых из Университета Центральной Флориды создала новый процесс создания суперконденсаторов, сохраняя больше энергии и выдерживая более 30 XNUMX. циклы зарядки/разрядки. Если бы мы заменили аккумуляторы этими суперконденсаторами, мы бы не только смогли зарядить смартфон за секунды, но этого хватило бы более чем на неделю его использования, заявил в СМИ Нитин Чоудхари, член исследовательской группы. . Ученые Флориды создают суперконденсаторы из миллионов микропроводников, покрытых двумерным материалом. Жилы кабеля очень хорошо проводят электричество, обеспечивая быструю зарядку и разрядку конденсатора, а двумерный материал, покрывающий их, позволяет хранить большое количество энергии.
У ученых из Тегеранского университета Ирана, которые производят пористые медные конструкции в аммиачных растворах в качестве электродного материала, придерживаются несколько похожей концепции. Британцы, в свою очередь, выбирают гели, подобные тем, которые используются в контактных линзах. Кто-то еще взял полимеры в мастерскую. Исследования и концепции бесконечны по всему миру.
Ученые, участвующие в проект ЭЛЕКТРОГРАФ (Электроды на основе графена для применения в суперконденсаторах), финансируемая ЕС, работала над массовым производством графеновых электродных материалов и применением экологически чистых электролитов из ионной жидкости при комнатной температуре. Ученые ожидают, что графен заменит активированный уголь (AC) используется в электродах суперконденсаторов.
Исследователи произвели здесь оксиды графита, разделили их на листы графена, а затем встроили листы в суперконденсатор. По сравнению с электродами на основе переменного тока графеновые электроды обладают лучшими адгезионными свойствами и более высокой емкостью накопления энергии.
Посадка пассажиров — трамвай заряжается
Научные центры занимаются исследованиями и созданием прототипов, а китайцы применили суперконденсаторы на практике. В городе Чжучжоу провинции Хунань недавно был представлен первый трамвай китайского производства, работающий на энергии суперконденсаторов (2), а значит, не требующий воздушной линии. Трамвай получает энергию от пантографов, установленных на остановках. Полная зарядка занимает около 30 секунд, поэтому происходит во время посадки и высадки пассажиров. Это позволяет транспортному средству проехать 3-5 км без внешнего питания, чего достаточно, чтобы добраться до следующей остановки. Кроме того, он восстанавливает до 85% энергии при торможении.
Возможности практического использования суперконденсаторов многочисленны — от энергетических систем, топливных элементов, фотоэлементов до электромобилей. В последнее время внимание специалистов приковано к использованию суперконденсаторов в гибридных электромобилях. Топливный элемент с полимерной диафрагмой заряжает суперконденсатор, который затем накапливает электрическую энергию, используемую для питания двигателя. Быстрые циклы заряда/разряда SC могут использоваться для сглаживания требуемой пиковой мощности топливного элемента, обеспечивая почти равномерную производительность.
Кажется, мы уже находимся на пороге суперконденсаторной революции. Опыт показывает, однако, что стоит сдерживать излишки энтузиазма, чтобы не запутаться и не остаться с разряженным старым аккумулятором в руках.
