Superkondensaatorid - super ja isegi ultra
Aku tõhususe, kiiruse, mahutavuse ja ohutuse küsimus on nüüdseks muutumas üheks peamiseks ülemaailmseks probleemiks. Selles mõttes, et alaareng selles vallas ähvardab kogu meie tehnilise tsivilisatsiooni stagneeruda.
Hiljuti kirjutasime telefonides plahvatavatest liitiumioonakudest. Nende endiselt ebarahuldav mahutavus ja aeglane laadimine on Elon Muski või mõnda teist elektrisõidukihuvilist kindlasti rohkem kui korra häirinud. Oleme juba aastaid kuulnud erinevatest uuendustest selles vallas, kuid ikka pole läbimurret, mis igapäevases kasutuses midagi paremat annaks. Küll aga on juba mõnda aega palju räägitud sellest, et akusid saab asendada kiirlaadimiskondensaatoritega, õigemini nende "super" versiooniga.
Miks tavalised kondensaatorid ei looda läbimurdele? Vastus on lihtne. Kilogramm bensiini on ligikaudu 4 kilovatt-tundi energiat. Tesla mudeli akul on umbes 30 korda vähem energiat. Kilogramm kondensaatori mass on ainult 0,1 kWh. Pole vaja selgitada, miks tavalised kondensaatorid ei sobi uueks rolliks. Kaasaegse liitiumioonaku mahtuvus peaks olema mitusada korda suurem.
Superkondensaator ehk ultrakondensaator on teatud tüüpi elektrolüütkondensaatorid, millel on võrreldes klassikaliste elektrolüütkondensaatoritega ülikõrge elektriline mahtuvus (suurusjärgus mitu tuhat farad), tööpingega 2-3 V. Superkondensaatorite suurim eelis on väga lühikesed laadimis- ja tühjendusajad võrreldes teiste energiasalvestusseadmetega (nt akud). See võimaldab teil suurendada toiteallikat 10 kW kondensaatori kaalu kilogrammi kohta.
Üks turul saadaolevatest ultrakondensaatorite mudelitest.
Saavutused laborites
Viimased kuud on toonud palju teavet uute superkondensaatorite prototüüpide kohta. 2016. aasta lõpus saime näiteks teada, et Kesk-Florida ülikooli teadlaste rühm lõi uus protsess superkondensaatorite loomiseks, säästes rohkem energiat ja taludes rohkem kui 30 XNUMX. laadimise/tühjenemise tsüklid. Kui me asendaksime akud nende superkondensaatoritega, saaksime mitte ainult nutitelefoni sekunditega laadida, vaid sellest piisaks rohkem kui nädalaks kasutamiseks, ütles uurimisrühma liige Nitin Chowdhary meediale. . Florida teadlased loovad superkondensaatoreid miljonitest mikrojuhtmetest, mis on kaetud kahemõõtmelise materjaliga. Kaabli keermed on väga head elektrijuhid, võimaldades kondensaatori kiiret laadimist ja tühjendamist ning neid kattev kahemõõtmeline materjal võimaldab salvestada suuri energiakoguseid.
Iraani Teherani ülikooli teadlased, kes toodavad elektroodimaterjalina ammoniaagilahustes poorseid vaskstruktuure, peavad kinni mõneti sarnasest kontseptsioonist. Britid valivad omakorda sellised geelid, mida kasutatakse kontaktläätsedes. Keegi teine viis polümeerid töökotta. Uuringuid ja kontseptsioone on kogu maailmas lõputult.
Teadlased, kes on seotud projekt ELECTROGRAPH ELi rahastatud (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications) on tegelenud grafeenelektroodimaterjalide masstootmisega ja keskkonnasõbralike ioonsete vedelate elektrolüütide kasutamisega toatemperatuuril. Teadlased ootavad seda grafeen asendab aktiivsütt (AC) kasutatakse superkondensaatorite elektroodides.
Teadlased tootsid siin grafiitoksiide, jagasid need grafeenilehtedeks ja sisestasid seejärel lehed superkondensaatorisse. Võrreldes vahelduvvoolupõhiste elektroodidega on grafeenelektroodidel paremad kleepuvad omadused ja suurem energiasalvestusvõime.
Reisijate pardaleminek – tramm laeb
Teaduskeskused tegelevad uurimistöö ja prototüüpide loomisega ning hiinlased on superkondensaatorid praktikas kasutusele võtnud. Hunani provintsis asuv Zhuzhou linn avalikustas hiljuti esimese Hiinas toodetud superkondensaatoritega trammi (2), mis tähendab, et see ei vaja õhuliini. Trammi jõuallikaks on peatustesse paigaldatud pantograafid. Täislaadimine võtab aega umbes 30 sekundit, seega toimub see reisijate pardaleminekul ja sealt väljumisel. See võimaldab sõidukil ilma välise toiteta läbida 3-5 km, millest piisab järgmisesse peatusesse jõudmiseks. Lisaks taastab see pidurdamisel kuni 85% energiast.
Superkondensaatorite praktilise kasutamise võimalused on arvukad – energiasüsteemidest, kütuseelementidest, päikesepatareidest kuni elektrisõidukiteni. Viimasel ajal on spetsialistide tähelepanu pälvinud superkondensaatorite kasutamine hübriidelektrisõidukites. Polümeermembraaniga kütuseelement laeb superkondensaatorit, mis seejärel salvestab mootori toiteks kasutatava elektrienergia. SC kiirlaadimise/tühjenemise tsükleid saab kasutada kütuseelemendi vajaliku tippvõimsuse tasandamiseks, tagades peaaegu ühtlase jõudluse.
Tundub, et oleme juba superkondensaatorite revolutsiooni lävel. Kogemus näitab aga, et entusiasmi liigseid tasub tagasi hoida, et mitte segadusse sattuda ja mitte jääda tühjenenud vana akuga pihku.
