Superkondenzatori - super, pa čak i ultra
Pitanje efikasnosti baterije, brzine, kapaciteta i sigurnosti sada postaje jedan od glavnih globalnih problema. U smislu da nerazvijenost u ovoj oblasti prijeti stagnacijom cjelokupne naše tehničke civilizacije.
Nedavno smo pisali o eksploziji litijum-jonskih baterija u telefonima. Njihov još uvijek nezadovoljavajući kapacitet i sporo punjenje sigurno su više puta iznervirali Elona Muska ili bilo kojeg drugog entuzijasta električnih vozila. Već dugi niz godina slušamo o raznim inovacijama u ovoj oblasti, ali još uvijek nema iskoraka koji bi dao nešto bolje u svakodnevnoj upotrebi. No, već neko vrijeme se naveliko govori o tome da se baterije mogu zamijeniti kondenzatorima koji se brzo pune, odnosno njihovom "super" verzijom.
Zašto se obični kondenzatori ne nadaju proboju? Odgovor je jednostavan. Kilogram benzina je otprilike 4. kilovat-sata energije. Baterija u modelu Tesla ima oko 30 puta manje energije. Kilogram mase kondenzatora je samo 0,1 kWh. Nije potrebno objašnjavati zašto obični kondenzatori nisu prikladni za novu ulogu. Kapacitet moderne litijum-jonske baterije morao bi biti nekoliko stotina puta veći.
Superkondenzator ili ultrakondenzator je vrsta elektrolitskog kondenzatora koji u poređenju sa klasičnim elektrolitičkim kondenzatorima ima izuzetno visok električni kapacitet (reda nekoliko hiljada farada), sa radnim naponom od 2-3 V. Najveća prednost superkondenzatora je vrlo kratko vrijeme punjenja i pražnjenja u poređenju sa drugim uređajima za skladištenje energije (npr. baterijama). Ovo vam omogućava da povećate napajanje do 10 kW po kilogramu težine kondenzatora.
Jedan od modela ultrakondenzatora dostupnih na tržištu.
Dostignuća u laboratorijama
Posljednji mjeseci donijeli su mnogo informacija o novim prototipovima superkondenzatora. Krajem 2016. saznali smo, na primjer, da je grupa naučnika sa Univerziteta Centralne Floride kreirala novi proces za stvaranje superkondenzatora, štedeći više energije i izdržavajući više od 30 XNUMX. ciklusi punjenja/pražnjenja. Ako bismo baterije zamijenili ovim superkondenzatorima, ne samo da bismo mogli napuniti pametni telefon za nekoliko sekundi, već bi to bilo dovoljno za više od tjedan dana korištenja, rekao je medijima Nitin Chowdhary, član istraživačkog tima. . . Naučnici sa Floride stvaraju superkondenzatore od miliona mikrožica obloženih dvodimenzionalnim materijalom. Žice kabla su veoma dobri provodnici električne energije, omogućavajući brzo punjenje i pražnjenje kondenzatora, a dvodimenzionalni materijal koji ih prekriva omogućava skladištenje velikih količina energije.
Naučnici sa Univerziteta u Teheranu u Iranu, koji proizvode porozne bakrene strukture u otopinama amonijaka kao materijala za elektrode, drže se donekle sličnog koncepta. Britanci se pak odlučuju za gelove poput onih koji se koriste u kontaktnim sočivima. Neko drugi je odnio polimere u radionicu. Istraživanja i koncepti su beskrajni širom svijeta.
Naučnici uključeni u projekat ELEKTROGRAF (Electrodes-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), finansiran od strane EU, radi na masovnoj proizvodnji materijala za grafenske elektrode i primjeni ekološki prihvatljivih jonskih tekućih elektrolita na sobnoj temperaturi. Naučnici to očekuju grafen će zamijeniti aktivni ugljen (AC) se koristi u elektrodama superkondenzatora.
Istraživači su ovdje proizveli grafitne okside, podijelili ih na listove grafena, a zatim ih ugradili u superkondenzator. U poređenju sa elektrodama zasnovanim na naizmeničnom strujom, grafenske elektrode imaju bolja svojstva lepljenja i veći kapacitet skladištenja energije.
Ukrcaj putnika - tramvaj se naplaćuje
Naučni centri se bave istraživanjem i izradom prototipa, a Kinezi su superkondenzatore uveli u praksu. Grad Zhuzhou, provincija Hunan, nedavno je predstavio prvi tramvaj kineske proizvodnje koji pokreće superkondenzatori (2), što znači da mu nije potreban nadzemni vod. Tramvaj se pokreće pomoću pantografa postavljenih na stajalištima. Puno punjenje traje oko 30 sekundi, tako da se odvija prilikom ukrcavanja i iskrcavanja putnika. Ovo omogućava vozilu da pređe 3-5 km bez vanjskog napajanja, što je dovoljno da stigne do sljedeće stanice. Osim toga, vraća do 85% energije prilikom kočenja.
Mogućnosti za praktičnu upotrebu superkondenzatora su brojne - od energetskih sistema, gorivnih ćelija, solarnih ćelija do električnih vozila. Nedavno je pažnja stručnjaka prikovana za upotrebu superkondenzatora u hibridnim električnim vozilima. Gorivna ćelija sa polimernom dijafragmom puni superkondenzator, koji zatim pohranjuje električnu energiju koja se koristi za pogon motora. Brzi ciklusi punjenja/pražnjenja SC-a mogu se koristiti za izglađivanje potrebne vršne snage gorivne ćelije, pružajući gotovo ujednačene performanse.
Čini se da smo već na pragu revolucije superkondenzatora. Iskustvo, međutim, pokazuje da vrijedi obuzdati višak entuzijazma kako se ne biste zbunili i ne biste ostali sa ispražnjenim starim akumulatorom u rukama.
