Superkondensatori - super un pat ultra
Akumulatora efektivitātes, ātruma, ietilpības un drošības jautājums tagad kļūst par vienu no galvenajām globālajām problēmām. Tādā ziņā, ka nepietiekama attīstība šajā jomā draud ar stagnāciju visai mūsu tehniskajai civilizācijai.
Nesen rakstījām par eksplodējošām litija jonu baterijām tālruņos. To joprojām neapmierinošā jauda un lēnā uzlāde noteikti ne reizi vien ir kaitinājusi Elonu Masku vai jebkuru citu elektrisko transportlīdzekļu entuziastu. Jau daudzus gadus ir dzirdēts par dažādiem jauninājumiem šajā jomā, taču joprojām nav izrāviena, kas dotu kaut ko labāku ikdienas lietošanā. Taču jau kādu laiku daudz tiek runāts par to, ka akumulatorus var aizstāt ar ātrās uzlādes kondensatoriem, pareizāk sakot, to "super" versiju.
Kāpēc parastie kondensatori necer uz izrāvienu? Atbilde ir vienkārša. Kilograms benzīna ir aptuveni 4 kilovatstundas enerģijas. Tesla modeļa akumulatoram ir aptuveni 30 reizes mazāk enerģijas. Kondensatora masas kilograms ir tikai 0,1 kWh. Nav nepieciešams paskaidrot, kāpēc parastie kondensatori nav piemēroti jaunai lomai. Mūsdienu litija jonu akumulatora kapacitātei vajadzētu būt vairākus simtus reižu lielākai.
Superkondensators jeb ultrakondensators ir tāda veida elektrolītiskais kondensators, kam, salīdzinot ar klasiskajiem elektrolītiskajiem kondensatoriem, ir ārkārtīgi augsta elektriskā kapacitāte (vairāku tūkstošu faradu) ar darba spriegumu 2-3 V. Superkondensatoru lielākā priekšrocība ir ļoti īss uzlādes un izlādes laiks salīdzinājumā ar citām enerģijas uzkrāšanas ierīcēm (piemēram, akumulatoriem). Tas ļauj palielināt strāvas padevi līdz 10 kW uz kilogramu kondensatora svara.
Viens no tirgū pieejamajiem ultrakondensatoru modeļiem.
Sasniegumi laboratorijās
Pēdējie mēneši ir devuši daudz informācijas par jauniem superkondensatoru prototipiem. 2016. gada beigās mēs, piemēram, uzzinājām, ka Centrālās Floridas universitātes zinātnieku grupa radīja jauns process superkondensatoru radīšanai, ietaupot vairāk enerģijas un izturot vairāk nekā 30 XNUMX. uzlādes/izlādes cikli. Ja mēs nomainītu akumulatorus pret šiem superkondensatoriem, mēs ne tikai varētu uzlādēt viedtālruni sekundēs, bet ar to pietiktu vairāk nekā nedēļas lietošanai, medijiem sacīja pētnieku grupas dalībnieks Nitins Čodharijs. . Floridas zinātnieki izveido superkondensatorus no miljoniem mikrovadu, kas pārklāti ar divdimensiju materiālu. Kabeļa pavedieni ir ļoti labi elektrības vadītāji, kas ļauj ātri uzlādēt un izlādēt kondensatoru, un to pārklājošais divdimensiju materiāls ļauj uzglabāt lielu enerģijas daudzumu.
Zinātnieki no Teherānas universitātes Irānā, kas ražo porainas vara struktūras amonjaka šķīdumos kā elektrodu materiālu, pieturas pie nedaudz līdzīgas koncepcijas. Savukārt briti izvēlas tādus gēlus, kādus izmanto kontaktlēcās. Kāds cits aizveda polimērus uz darbnīcu. Pētījumi un koncepcijas ir bezgalīgas visā pasaulē.
Zinātnieki, kas iesaistīti ELECTROGRAPH projekts (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), ko finansē ES, ir strādājis pie grafēna elektrodu materiālu masveida ražošanas un videi draudzīgu jonu šķidru elektrolītu pielietošanas istabas temperatūrā. Zinātnieki to sagaida grafēns aizstās aktivēto ogli (AC) izmanto superkondensatoru elektrodos.
Pētnieki šeit ražoja grafīta oksīdus, sadalīja tos grafēna loksnēs un pēc tam ievietoja loksnes superkondensatorā. Salīdzinot ar elektrodiem, kuru pamatā ir maiņstrāva, grafēna elektrodiem ir labākas adhēzijas īpašības un lielāka enerģijas uzglabāšanas jauda.
Pasažieru iekāpšana - tramvajs uzlādējas
Zinātnes centri nodarbojas ar pētniecību un prototipu izstrādi, un ķīnieši ir pielietojuši superkondensatorus. Hunaņas provinces Džudžou pilsēta nesen atklāja pirmo Ķīnā ražoto tramvaju, ko darbina superkondensatori (2), kas nozīmē, ka tam nav nepieciešama gaisa līnija. Tramvaju darbina pieturās uzstādīti pantogrāfi. Pilna uzlāde aizņem apmēram 30 sekundes, tāpēc tā notiek pasažieru iekāpšanas un izkāpšanas laikā. Tas ļauj transportlīdzeklim nobraukt 3-5 km bez ārējas strāvas, kas ir pietiekami, lai nokļūtu nākamajā pieturā. Turklāt bremzējot tas atgūst līdz pat 85% enerģijas.
Superkondensatoru praktiskas izmantošanas iespējas ir daudz - no energosistēmām, kurināmā elementiem, saules baterijām līdz elektriskajiem transportlīdzekļiem. Pēdējā laikā speciālistu uzmanība ir pievērsta superkondensatoru izmantošanai hibrīdelektriskajos transportlīdzekļos. Polimēru diafragmas degvielas šūna uzlādē superkondensatoru, kas pēc tam uzglabā elektroenerģiju, ko izmanto dzinēja darbināšanai. SC ātro uzlādes/izlādes ciklus var izmantot, lai izlīdzinātu nepieciešamo degvielas elementa maksimālo jaudu, nodrošinot gandrīz vienmērīgu veiktspēju.
Šķiet, ka esam jau uz superkondensatoru revolūcijas sliekšņa. Pieredze gan rāda, ka entuziasma pārmērības ir vērts savaldīt, lai neapjuktu un nepaliktu ar izlādējušos veco akumulatoru rokās.
