Superkondensatorer - super och till och med ultra
Frågan om batterieffektivitet, hastighet, kapacitet och säkerhet håller för närvarande på att bli en av de största globala frågorna. I den meningen att underutveckling inom detta område hotar stagnation av hela vår tekniska civilisation.
Vi skrev nyligen om exploderande litiumjonbatterier i telefoner. Deras fortfarande otillfredsställande kapacitet och långsamma laddning har säkert irriterat Elon Musk eller någon annan elbilsentusiast vid mer än ett tillfälle. Vi har hört talas om olika innovationer inom detta område i många år, men det finns ännu inget genombrott som skulle ge något bättre i vardagen. Men sedan en tid tillbaka har det pratats mycket om att batterier kan ersättas med snabbladdningskondensatorer, eller snarare deras "super" version.
Varför hoppas inte vanliga kondensatorer på genombrott? Svaret är enkelt. Ett kilo bensin motsvarar ungefär 4 kilowattimmar energi. Batteriet i Tesla-modellen har cirka 30 gånger mindre energi. Ett kilo kondensatormassa är bara 0,1 kWh. Det finns inget behov av att förklara varför konventionella kondensatorer inte är lämpliga för denna nya roll. Kondensatorkapaciteten hos ett modernt litiumjonbatteri skulle behöva vara flera hundra gånger större.
En superkondensator eller ultrakondensator är en typ av elektrolytisk kondensator som, jämfört med klassiska elektrolytkondensatorer, har en extremt hög elektrisk kapacitans (i storleksordningen flera tusen farad), med en driftspänning på 2-3 V. Den största fördelen med superkondensatorer är mycket korta laddnings- och urladdningstider jämfört med andra energilagringsenheter (t.ex. batterier). Detta gör att du kan öka strömförsörjningen upp till 10 kW per kilogram kondensatorvikt.
En av de ultrakondensatormodeller som finns på marknaden.
Prestationer i laboratorier
De senaste månaderna har medfört mycket information om nya superkondensatorprototyper. I slutet av 2016 fick vi till exempel veta att en grupp forskare från University of Central Florida hade skapat ny process för att skapa superkondensatorer, sparar mer energi och tål mer än 30. laddnings-/urladdningscykler. Om vi bytte ut batterierna med dessa superkondensatorer skulle vi inte bara kunna ladda en smartphone på några sekunder, utan den skulle hålla i mer än en veckas användning, sa Nitin Choudhary, en medlem av forskargruppen, till media. . Forskare i Florida skapar superkondensatorer av miljontals mikroledare belagda i ett tvådimensionellt material. Kabelns kärnor leder elektricitet mycket bra, vilket gör att kondensatorn laddas och laddas ur snabbt, och det tvådimensionella materialet som täcker dem gör att stora mängder energi kan lagras.
Forskare vid University of Teheran i Iran, som producerar porösa kopparstrukturer i ammoniaklösningar som ett elektrodmaterial, har ett något liknande koncept. Britterna väljer i sin tur geler liknande de som används i kontaktlinser. Någon annan tog med sig polymererna till verkstaden. Forskningen och koncepten är oändliga runt om i världen.
Forskare som deltar i ELEKTROGRAF-projekt (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), finansierat av EU, har arbetat med massproduktion av grafenelektrodmaterial och applicering av miljövänliga joniska flytande elektrolyter vid rumstemperatur. Forskarna förväntar sig det grafen kommer att ersätta aktivt kol (AC) används i superkondensatorelektroder.
Forskarna här producerade grafitoxider, delade upp dem i grafenark och integrerade sedan arken i en superkondensator. Jämfört med AC-baserade elektroder har grafenelektroder bättre vidhäftningsegenskaper och högre energilagringskapacitet.
Påstigande passagerare - spårvagnen laddar
Forskningscentra är engagerade i forskning och prototypframställning, och kineserna har satt superkondensatorer i praktiken. Staden Zhuzhou, Hunan-provinsen, avtäckte nyligen den första kinesisktillverkade spårvagnen som drivs av superkondensatorer (2), vilket innebär att den inte kräver en luftledning. Spårvagnen får energi från strömavtagare installerade vid hållplatser. Full laddning tar cirka 30 sekunder, så det sker medan passagerare går ombord och går av. Detta gör att fordonet kan färdas 3-5 km utan extern ström, vilket är tillräckligt för att ta sig till nästa hållplats. Dessutom återvinner den upp till 85 % av energin vid inbromsning.
Möjligheterna för praktisk användning av superkondensatorer är många - från energisystem, bränsleceller, solceller till elfordon. Nyligen har specialisternas uppmärksamhet fästs vid användningen av superkondensatorer i hybridelektriska fordon. Bränslecellen av polymermembranet laddar en superkondensator, som sedan lagrar elektrisk energi som används för att driva motorn. Snabba SC-laddnings-/urladdningscykler kan användas för att jämna ut den erforderliga toppeffekten för bränslecellen, vilket ger nästan enhetlig prestanda.
Det verkar som om vi redan är på gränsen till en superkondensatorrevolution. Erfarenheten visar dock att det är värt att hålla tillbaka överdriven entusiasm för att inte bli förvirrad och inte sitta kvar med ett urladdat gammalt batteri i händerna.
