Superkondenzátory - super a dokonca ultra
Otázka účinnosti, rýchlosti, kapacity a bezpečnosti batérií sa v súčasnosti stáva jedným z hlavných globálnych problémov. V tom zmysle, že zaostalosť v tejto oblasti hrozí stagnáciou celej našej technickej civilizácie.
Nedávno sme písali o explodujúcich lítium-iónových batériách v telefónoch. Ich stále nevyhovujúca kapacita a pomalé nabíjanie určite neraz naštvali Elona Muska či akéhokoľvek iného nadšenca elektromobilov. O rôznych novinkách v tejto oblasti počúvame už dlhé roky, no stále sa nekoná prelom, ktorý by priniesol niečo lepšie v každodennom používaní. Už nejaký čas sa však veľa hovorí o tom, že batérie sa dajú nahradiť rýchlonabíjacími kondenzátormi, respektíve ich „super“ verziou.
Prečo bežné kondenzátory nedúfajú v prelom? Odpoveď je jednoduchá. Kilogram benzínu predstavuje približne 4 kilowatthodiny energie. Batéria v modeli Tesla má približne 30-krát menej energie. Kilogram hmotnosti kondenzátora je iba 0,1 kWh. Netreba vysvetľovať, prečo bežné kondenzátory nie sú vhodné pre novú rolu. Kapacita modernej lítium-iónovej batérie by musela byť niekoľko stokrát väčšia.
Superkondenzátor alebo ultrakondenzátor je typ elektrolytického kondenzátora, ktorý má v porovnaní s klasickými elektrolytickými kondenzátormi extrémne vysokú elektrickú kapacitu (rádovo niekoľko tisíc farad) s prevádzkovým napätím 2-3 V. Najväčšou výhodou superkondenzátorov je veľmi krátke časy nabíjania a vybíjania v porovnaní s inými zariadeniami na uchovávanie energie (napr. batériami). To vám umožní zvýšiť napájanie na 10 kW na kilogram hmotnosti kondenzátora.
Jeden z modelov ultrakondenzátorov dostupných na trhu.
Úspechy v laboratóriách
Posledné mesiace priniesli množstvo informácií o nových prototypoch superkondenzátorov. Koncom roka 2016 sme sa napríklad dozvedeli, že skupina vedcov z University of Central Florida vytvorila nový proces vytvárania superkondenzátorovšetrí viac energie a vydrží viac ako 30 XNUMX. cyklov nabíjania/vybíjania. Ak by sme batérie vymenili za tieto superkondenzátory, nielenže by sme dokázali nabiť smartfón za pár sekúnd, ale stačilo by to na viac ako týždeň používania, povedal pre médiá Nitin Chowdhary, člen výskumného tímu. . Floridskí vedci vytvárajú superkondenzátory z miliónov mikrodrôtov potiahnutých dvojrozmerným materiálom. Pramene kábla sú veľmi dobrými vodičmi elektriny, umožňujú rýchle nabíjanie a vybíjanie kondenzátora a dvojrozmerný materiál, ktorý ich pokrýva, umožňuje akumuláciu veľkého množstva energie.
Trochu podobného konceptu sa držia aj vedci z Teheránskej univerzity v Iráne, ktorí vyrábajú pórovité medené štruktúry v roztokoch amoniaku ako elektródový materiál. Briti sa zasa rozhodujú pre gély, aké sa používajú v kontaktných šošovkách. Niekto iný odniesol polyméry do dielne. Výskum a koncepty sú po celom svete nekonečné.
Vedci zapojení do Projekt ELEKTROGRAF (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financovaná EÚ, pracuje na hromadnej výrobe materiálov grafénových elektród a aplikácii ekologických iónových kvapalných elektrolytov pri izbovej teplote. Vedci to očakávajú grafén nahradí aktívne uhlie (AC) sa používa v elektródach superkondenzátorov.
Výskumníci tu vyrobili oxidy grafitu, rozdelili ich na listy grafénu a potom listy vložili do superkondenzátora. V porovnaní s elektródami na báze AC majú grafénové elektródy lepšie adhézne vlastnosti a vyššiu kapacitu na uchovávanie energie.
Nastupujúci cestujúci – električka je spoplatnená
Vedecké centrá sa zaoberajú výskumom a prototypovaním a Číňania zaviedli do praxe superkondenzátory. Mesto Zhuzhou, provincia Hunan, nedávno predstavilo prvú električku čínskej výroby poháňanú superkondenzátormi (2), čo znamená, že nevyžaduje trolejové vedenie. Električku poháňajú pantografy inštalované na zastávkach. Plné nabitie trvá približne 30 sekúnd, prebieha teda počas nastupovania a vystupovania cestujúcich. To umožňuje vozidlu prejsť 3-5 km bez externého napájania, čo stačí na to, aby sa dostalo na ďalšiu zastávku. Navyše pri brzdení rekuperuje až 85 % energie.
Možnosti praktického využitia superkondenzátorov sú početné – od energetických systémov, palivových článkov, solárnych článkov až po elektrické vozidlá. V poslednej dobe sa pozornosť špecialistov upriamila na použitie superkondenzátorov v hybridných elektrických vozidlách. Palivový článok s polymérovou membránou nabíja superkondenzátor, ktorý potom uchováva elektrickú energiu používanú na pohon motora. Cykly rýchleho nabíjania/vybíjania SC možno použiť na vyhladenie požadovaného špičkového výkonu palivového článku, čím sa dosiahne takmer rovnomerný výkon.
Zdá sa, že už stojíme na prahu superkondenzátorovej revolúcie. Skúsenosti však ukazujú, že stojí za to obmedziť excesy nadšenia, aby ste sa nenechali zmiasť a nezostali vo vašich rukách s vybitou starou batériou.
