Superkondensaattorit - super ja jopa ultra
Akun tehokkuudesta, nopeudesta, kapasiteetista ja turvallisuudesta on tulossa yksi suurimmista maailmanlaajuisista ongelmista. Siinä mielessä, että alikehittyneisyys tällä alueella uhkaa pysähtyä koko teknisen sivilisaatiomme.
Kirjoitimme äskettäin räjähtävistä litiumioniakuista puhelimissa. Niiden edelleen epätyydyttävä kapasiteetti ja hidas lataus ovat varmasti ärsyttäneet Elon Muskia tai muita sähköajoneuvojen harrastajia useammin kuin kerran. Olemme kuulleet erilaisista innovaatioista tällä alueella jo vuosia, mutta vieläkään ei ole löytynyt läpimurtoa, joka antaisi jotain parempaa jokapäiväiseen käyttöön. Kuitenkin jo jonkin aikaa on puhuttu paljon siitä, että akut voidaan korvata pikalatauskondensaattoreilla, tai pikemminkin niiden "super" versiolla.
Miksi tavalliset kondensaattorit eivät toivo läpimurtoa? Vastaus on yksinkertainen. Kilogramma bensiiniä on noin 4. kilowattituntia energiaa. Tesla-mallin akussa on noin 30 kertaa vähemmän energiaa. Kilo kondensaattorin massa on vain 0,1 kWh. Ei tarvitse selittää, miksi tavalliset kondensaattorit eivät sovellu uuteen rooliin. Nykyaikaisen litiumioniakun kapasitanssin pitäisi olla useita satoja kertoja suurempi.
Superkondensaattori tai ultrakondensaattori on eräänlainen elektrolyyttikondensaattori, jolla on perinteisiin elektrolyyttikondensaattoreihin verrattuna erittäin korkea sähköinen kapasitanssi (suuruusluokkaa useita tuhansia faradeja) käyttöjännitteellä 2-3 V. Superkondensaattorien suurin etu on erittäin lyhyet lataus- ja purkuajat verrattuna muihin energian varastointilaitteisiin (esim. akkuihin). Tämän avulla voit lisätä virtalähdettä 10 kW kondensaattorin painokiloa kohden.
Yksi markkinoilla olevista ultrakondensaattorimalleista.
Saavutukset laboratorioissa
Viime kuukaudet ovat tuoneet paljon tietoa uusista superkondensaattoriprototyypeistä. Vuoden 2016 lopussa saimme esimerkiksi tietää, että Keski-Floridan yliopiston tutkijaryhmä loi uusi prosessi superkondensaattorien luomiseksi, säästää enemmän energiaa ja kestää yli 30 XNUMX. lataus/purkausjaksot. Jos vaihtaisimme akut näihin superkondensaattoreihin, älypuhelimen lataaminen ei riitä sekunneissa, vaan se riittäisi yli viikon käyttöön, tutkimusryhmän jäsen Nitin Chowdhary kertoi medialle. . Floridan tutkijat luovat superkondensaattoreita miljoonista mikrolangoista, jotka on päällystetty kaksiulotteisella materiaalilla. Kaapelin säikeet ovat erittäin hyviä sähkönjohtimia mahdollistaen kondensaattorin nopean latauksen ja purkamisen, ja niitä peittävä kaksiulotteinen materiaali mahdollistaa suurten energiamäärien varastoinnin.
Iranin Teheranin yliopiston tutkijat, jotka tuottavat huokoisia kuparirakenteita ammoniakkiliuoksissa elektrodimateriaalina, noudattavat jokseenkin samanlaista käsitettä. Britit puolestaan valitsevat piilolinsseissä käytetyt geelit. Joku muu vei polymeerit työpajaan. Tutkimuksia ja käsitteitä on loputtomasti ympäri maailmaa.
Tutkijat mukana ELECTROGRAPH projekti EU:n rahoittama (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications) on työskennellyt grafeenielektrodimateriaalien massatuotantona ja ympäristöystävällisten ionisten nestemäisten elektrolyyttien soveltamisen parissa huoneenlämpötilassa. Tiedemiehet odottavat sitä grafeeni korvaa aktiivihiilen (AC) käytetään superkondensaattorien elektrodeissa.
Tutkijat tuottivat täällä grafiittioksideja, jakoivat ne grafeenilevyiksi ja upotivat levyt sitten superkondensaattoriin. AC-pohjaisiin elektrodeihin verrattuna grafeenielektrodilla on paremmat tarttuvuusominaisuudet ja suurempi energian varastointikapasiteetti.
Matkustajat nousevat kyytiin - raitiovaunu latautuu
Tiedekeskukset harjoittavat tutkimusta ja prototyyppien valmistusta, ja kiinalaiset ovat ottaneet käyttöön superkondensaattoreita. Zhuzhoun kaupunki Hunanin maakunnassa julkisti äskettäin ensimmäisen kiinalaisen raitiovaunun, joka toimii superkondensaattorilla (2), mikä tarkoittaa, että se ei vaadi ilmajohtoa. Raitiovaunu saa voimansa pysäkeille asennettujen virroittimien avulla. Täysi lataus kestää noin 30 sekuntia, joten se tapahtuu matkustajien nousemisen ja poistumisen aikana. Näin ajoneuvo voi kulkea 3-5 km ilman ulkoista virtaa, mikä riittää seuraavalle pysäkille pääsemiseen. Lisäksi se ottaa talteen jopa 85 % energiasta jarrutettaessa.
Mahdollisuuksia superkondensaattorien käytännön käyttöön on lukuisia - energiajärjestelmistä, polttokennoista, aurinkokennoista sähköajoneuvoihin. Viime aikoina asiantuntijoiden huomio on kiinnitetty superkondensaattorien käyttöön hybridisähköajoneuvoissa. Polymeerikalvoinen polttokenno lataa superkondensaattoria, joka sitten varastoi sähköenergiaa, jota käytetään moottorin tehoon. SC:n nopeita lataus-/purkaussyklejä voidaan käyttää polttokennon vaaditun huipputehon tasoittamiseen, mikä tarjoaa lähes tasaisen suorituskyvyn.
Näyttää siltä, että olemme jo superkondensaattorivallankumouksen kynnyksellä. Kokemus kuitenkin osoittaa, että ylimääräiset innostukset kannattaa hillitä, jottei hämmentyisi eikä jää käsiisi tyhjentynyttä vanhaa akkua.
