Szuperkondenzátorok - szuper és még ultra
Az akkumulátor hatékonyságának, sebességének, kapacitásának és biztonságának kérdése napjainkban az egyik fő globális problémává válik. Abban az értelemben, hogy ezen a területen az elmaradottság az egész technikai civilizációnk stagnálásával fenyeget.
Nemrég írtunk a telefonokban felrobbanó lítium-ion akkumulátorokról. Még mindig nem kielégítő kapacitásuk és lassú töltésük minden bizonnyal nem egyszer bosszantotta Elon Muskot vagy bármely más elektromos jármű rajongót. Hosszú évek óta hallani különféle újításokról ezen a téren, de még mindig nincs olyan áttörés, ami a mindennapi használatban jobbat adna. Egy ideje azonban sok szó esik arról, hogy az akkumulátorokat le lehet cserélni gyorstöltő kondenzátorokra, vagy inkább azok "szuper" változatára.
Miért nem remélnek áttörést a közönséges kondenzátorok? A válasz egyszerű. Egy kilogramm benzin körülbelül 4. kilowattóra energiát jelent. A Tesla modell akkumulátorának körülbelül 30-szor kevesebb energiája van. Egy kilogramm kondenzátor tömege mindössze 0,1 kWh. Nem kell magyarázni, hogy a közönséges kondenzátorok miért nem alkalmasak új szerepkörre. Egy modern lítium-ion akkumulátor kapacitásának több százszor nagyobbnak kellene lennie.
A szuperkondenzátor vagy ultrakondenzátor egy olyan típusú elektrolitkondenzátor, amely a klasszikus elektrolitkondenzátorokhoz képest rendkívül nagy (több ezer farad nagyságrendű) elektromos kapacitással rendelkezik, üzemi feszültsége 2-3 V. A szuperkondenzátorok legnagyobb előnye az nagyon rövid töltési és kisütési idő más energiatároló eszközökhöz (pl. akkumulátorokhoz) képest. Ez lehetővé teszi az áramellátás növelését 10 kW/kg kondenzátorsúly.
A piacon kapható ultrakondenzátorok egyik modellje.
Eredmények a laboratóriumokban
Az elmúlt hónapok sok információt hoztak az új szuperkondenzátor prototípusokról. 2016 végén megtudtuk például, hogy a Közép-Floridai Egyetem tudósainak egy csoportja új eljárás szuperkondenzátorok létrehozására, több energiát takarít meg és több mint 30 XNUMX. töltési/kisütési ciklusok. Ha ezekre a szuperkondenzátorokra cserélnénk az akkumulátorokat, akkor nem csak egy okostelefont tudnánk másodpercek alatt feltölteni, de ez több mint egyhetes használatra is elegendő lenne – mondta a médiának Nitin Chowdhary, a kutatócsoport egyik tagja. . Floridai tudósok szuperkondenzátorokat hoznak létre több millió kétdimenziós anyaggal bevont mikrovezetékből. A kábel szálai nagyon jó elektromos vezetők, lehetővé téve a kondenzátor gyors feltöltését és kisütését, az őket fedő kétdimenziós anyag pedig nagy mennyiségű energia tárolását teszi lehetővé.
Az iráni Teheráni Egyetem tudósai, akik porózus rézszerkezeteket állítanak elő ammóniaoldatokban elektródaanyagként, némileg hasonló koncepcióhoz ragaszkodnak. A britek viszont a kontaktlencsékben használt gélek mellett döntenek. Valaki más vitte a polimereket a műhelybe. A kutatások és a koncepciók végtelenek szerte a világon.
A tudósok részt vettek ELECTROGRAPH projekt Az EU által finanszírozott (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications) grafén elektródák anyagainak tömeggyártásán és környezetbarát ionos folyékony elektrolitok szobahőmérsékleten történő alkalmazásán dolgozik. A tudósok erre számítanak grafén váltja fel az aktív szenet (AC) szuperkondenzátorok elektródáiban használatos.
A kutatók itt grafit-oxidokat állítottak elő, grafénlapokra hasították, majd a lapokat szuperkondenzátorba ágyazták. Az AC-alapú elektródákkal összehasonlítva a grafénelektródák jobb tapadási tulajdonságokkal és nagyobb energiatároló kapacitással rendelkeznek.
Utasok felszállása – a villamos töltődik
A tudományos központok kutatással és prototípuskészítéssel foglalkoznak, a kínaiak pedig szuperkondenzátorokat alkalmaztak a gyakorlatban. A Hunan tartománybeli Zhuzhou városa a közelmúltban mutatta be az első kínai gyártmányú szuperkondenzátorral működő villamost (2), ami azt jelenti, hogy nincs szükség felsővezetékre. A villamost a megállóhelyeken elhelyezett áramszedők hajtják. A teljes töltés körülbelül 30 másodpercet vesz igénybe, tehát az utasok be- és kiszállása során történik. Ezáltal a jármű 3-5 km-t tesz meg külső áram nélkül, ami elegendő a következő megállóhoz. Ráadásul fékezéskor az energia akár 85%-át is visszanyeri.
A szuperkondenzátorok gyakorlati felhasználásának lehetőségei számtalan – energiarendszerektől, üzemanyagcelláktól, napelemektől az elektromos járművekig. Az utóbbi időben a szakemberek figyelmét a szuperkondenzátorok alkalmazása a hibrid elektromos járművekben kötötte le. A polimer membrános üzemanyagcella feltölt egy szuperkondenzátort, amely aztán tárolja a motor meghajtására használt elektromos energiát. Az SC gyors töltési/kisütési ciklusai segítségével kisimítható az üzemanyagcella szükséges csúcsteljesítménye, közel egyenletes teljesítményt biztosítva.
Úgy tűnik, már a szuperkondenzátorok forradalmának küszöbén vagyunk. A tapasztalatok szerint azonban érdemes visszafogni a túlzott lelkesedést, nehogy összezavarodjunk, és ne maradjunk lemerült régi akkumulátorral a kezünkben.
