Суперкандэнсатары - супер і нават ультра
Пытанне эфектыўнасці акумулятараў, хуткасці працы, ёмістасці і бяспекі зараз становіцца адной з галоўных глабальных праблем. У тым сэнсе, што неразьвітасьць у гэтай галіне пагражае стагнацыяй усёй нашай тэхнічнай цывілізацыі.
Нядаўна мы пісалі аб якія выбухаюць літый-іённых батарэях у тэлефонах. Іх па-ранейшаму нездавальняючая ёмістасць і павольная зарадка, безумоўна, не раз раздражнялі Ілона Маска ці якога-небудзь іншага энтузіяста электрамабіляў. Аб розных інавацыях у гэтай галіне мы чуем ужо шмат гадоў, але прарыву, які даў бы нешта лепшае ў паўсядзённым выкарыстанні, пакуль няма. Аднак з некаторых сітавін шмат гаворыцца аб тым, што батарэі можна замяніць хутказараднымі кандэнсатарамі, а дакладней іх «супер» версіяй.
Чаму звычайныя кандэнсатары не спадзяюцца на прарыў? Адказ просты. Кілаграм бензіну прыкладна 4. кілават-гадзін энергіі. Батарэя ў мадэлі Tesla мае прыкладна ў 30 разоў менш энергіі. Кілаграм масы кандэнсатара складае ўсяго 0,1 квтч. Не трэба тлумачыць, чаму звычайныя кандэнсатары не падыходзяць на новую ролю. Кандэнсатар ёмістасцю сучаснай літый-іённай батарэі павінен быў бы быць у некалькі сотняў разоў больш за яе.
Суперкандэнсатар або ультракандэнсатар - гэта тып электралітычнага кандэнсатара, які ў параўнанні з класічнымі электралітычнымі кандэнсатарамі мае надзвычай высокую электрычную ёмістасць (парадку некалькіх тысяч фарад), з працоўнай напругай 2-3 У. Самай вялікай перавагай суперкандэнсатараў з'яўляецца вельмі кароткі час зарадкі і разрадкі у параўнанні з іншымі назапашвальнікамі энергіі (напрыклад, батарэямі). Гэта дазваляе павялічыць магутнасць харчавання да 10 квт на кілаграм вагі кандэнсатара.
Адна з мадэляў ультракандэнсатараў, даступных на рынку.
Дасягненні ў лабараторыях
Апошнія месяцы прынеслі шмат інфармацыі аб новых прататыпах суперкандэнсатараў. У канцы 2016 года мы даведаліся, напрыклад, што група навукоўцаў з Універсітэта Цэнтральнай Фларыды стварыла новы працэс стварэння суперкандэнсатараў, захоўваючы больш энергіі і вытрымліваючы больш за 30 XNUMX. цыклы зарадкі/разрадкі. Калі б мы замянілі акумулятары гэтымі суперкандэнсатарамі, мы б не толькі змаглі зарадзіць смартфон за секунды, але гэтага хапіла б больш чым на тыдзень яго выкарыстання, заявіў у СМІ Ніцін Чоўдхары, член даследчай групы. . Навукоўцы Фларыды ствараюць суперкандэнсатары з мільёнаў мікраправаднікоў, пакрытых двухмерным матэрыялам. Жылы кабеля вельмі добра праводзяць электрычнасць, забяспечваючы хуткую зарадку і разрадку кандэнсатара, а двухмерны матэрыял, які пакрывае іх, дазваляе захоўваць вялікую колькасць энергіі.
У навукоўцаў з Тэгеранскага ўніверсітэта Ірана, якія вырабляюць сітаватыя медныя канструкцыі ў аміячных растворах у якасці электроднага матэрыялу, прытрымваюцца некалькі падобнай канцэпцыі. Брытанцы, у сваю чаргу, выбіраюць гелі, падобныя да тых, якія выкарыстоўваюцца ў кантактных лінзах. Нехта яшчэ ўзяў палімеры ў майстэрню. Даследаванні і канцэпцыі бясконцыя па ўсім свеце.
Навукоўцы, якія ўдзельнічаюць у праект ЭЛЕКТРАГРАФ (Электроды на аснове графена для прымянення ў суперкандэнсатарах), фундаваная ЕС, працавала над масавай вытворчасцю графенавых электродных матэрыялаў і прымяненнем экалагічна чыстых электралітаў з іённай вадкасці пры пакаёвай тэмпературы. Навукоўцы чакаюць, што графен заменіць актываваны вугаль (AC) выкарыстоўваецца ў электродах суперкандэнсатараў.
Даследнікі вырабілі тут аксіды графіту, падзялілі іх на лісты графена, а затым убудавалі лісты ў суперкандэнсатар. У параўнанні з электродамі на аснове пераменнага току графенавыя электроды валодаюць лепшымі адгезійнымі ўласцівасцямі і больш высокай ёмістасцю назапашвання энергіі.
Пасадка пасажыраў - трамвай зараджаецца
Навуковыя цэнтры займаюцца даследаваннямі і стварэннем прататыпаў, а кітайцы прымянілі суперкандэнсатары на практыцы. У горадзе Чжучжоу правінцыі Хунань нядаўна быў прадстаўлены першы трамвай кітайскай вытворчасці, які працуе на энергіі суперкандэнсатараў (2), а значыць, які не патрабуе паветранай лініі. Трамвай атрымлівае энергію ад пантографаў, устаноўленых на прыпынках. Поўная зарадка займае каля 30 секунд, таму адбываецца падчас пасадкі і высадкі пасажыраў. Гэта дазваляе транспартнаму сродку праехаць 3-5 км без знешняга харчавання, чаго дастаткова, каб дабрацца да наступнага прыпынку. Акрамя таго, ён аднаўляе да 85 працэнтаў энергіі пры тармажэнні.
Магчымасці практычнага выкарыстання суперкандэнсатараў шматлікія - ад энергетычных сістэм, паліўных элементаў, фотаэлементаў да электрамабіляў. У апошні час увага адмыслоўцаў прыкавана да выкарыстання суперкандэнсатараў у гібрыдных электрамабілях. Паліўны элемент з палімернай дыяфрагмай зараджае суперкандэнсатар, які затым назапашвае электрычную энергію, выкарыстоўваную для сілкавання рухавіка. Хуткія цыклы зарада/разраду SC могуць выкарыстоўвацца для згладжвання патрабаванай пікавай магутнасці паліўнага элемента, забяспечваючы амаль раўнамерную прадукцыйнасць.
Здаецца, мы ўжо знаходзімся на парозе суперкандэнсатарнай рэвалюцыі. Вопыт паказвае, аднак, што варта стрымліваць лішкі энтузіязму, каб не заблытацца і не застацца з разраджаным старым акумулятарам у руках.
