Superkapasitors - super en selfs ultra
Die kwessie van batterydoeltreffendheid, spoed, kapasiteit en veiligheid word nou een van die grootste globale probleme. In die sin dat onderontwikkeling op hierdie gebied dreig om ons hele tegniese beskawing te stagneer.
Ons het onlangs geskryf oor ontplofbare litiumioonbatterye in fone. Hul steeds onbevredigende kapasiteit en stadige laai het Elon Musk of enige ander elektriese voertuig-entoesias beslis meer as een keer geïrriteer. Ons hoor al vir baie jare van verskeie innovasies op hierdie gebied, maar daar is steeds geen deurbraak wat iets beters in alledaagse gebruik sal gee nie. Daar word egter nou al 'n geruime tyd baie gepraat oor die feit dat batterye vervang kan word met vinnig laaiende kapasitors, of eerder hul "super" weergawe.
Hoekom hoop gewone kapasitors nie op 'n deurbraak nie? Die antwoord is eenvoudig. 'n Kilogram petrol is ongeveer 4. kilowatt-uur energie. Die battery in die Tesla-model het sowat 30 keer minder energie. 'n Kilogram kapasitormassa is slegs 0,1 kWh. Dit is nie nodig om te verduidelik hoekom gewone kapasitors nie geskik is vir 'n nuwe rol nie. Die kapasitansie van 'n moderne litiumioonbattery sal 'n paar honderd keer groter moet wees.
’n Superkapasitor of ultrakapasitor is ’n tipe elektrolitiese kapasitor wat, in vergelyking met klassieke elektrolitiese kapasitors, ’n uiters hoë elektriese kapasitansie (op die orde van etlike duisend farads), met ’n bedryfspanning van 2-3 V het. Die grootste voordeel van superkapasitors is baie kort laai- en ontlaaitye in vergelyking met ander energiebergingstoestelle (bv. batterye). Dit laat jou toe om die kragtoevoer na te verhoog 10 kW per kilogram kapasitorgewig.
Een van die modelle van ultrakapasitors wat op die mark beskikbaar is.
Prestasies in laboratoriums
Die afgelope maande het baie inligting oor nuwe superkapasitor-prototipes gebring. Aan die einde van 2016 het ons byvoorbeeld geleer dat 'n groep wetenskaplikes van die Universiteit van Sentraal-Florida geskep het nuwe proses vir die skep van superkapasitors, spaar meer energie en weerstaan meer as 30 XNUMX. laai/ontladingsiklusse. As ons die batterye met hierdie superkapasitors sou vervang, sal ons nie net 'n slimfoon binne sekondes kan laai nie, maar dit sal genoeg wees vir meer as 'n week se gebruik, het Nitin Chowdhary, 'n lid van die navorsingspan, aan die media gesê. . . Wetenskaplikes in Florida skep superkapasitors uit miljoene mikrodrade wat met 'n tweedimensionele materiaal bedek is. Die drade van die kabel is baie goeie geleiers van elektrisiteit, wat die kapasitor vinnig laat laai en ontlaai, en die tweedimensionele materiaal wat hulle bedek, maak voorsiening vir die berging van groot hoeveelhede energie.
Wetenskaplikes van die Universiteit van Teheran in Iran, wat poreuse koperstrukture in ammoniakoplossings as 'n elektrodemateriaal vervaardig, hou by 'n ietwat soortgelyke konsep. Die Britte kies op hul beurt gels soos dié wat in kontaklense gebruik word. Iemand anders het die polimere na die werkswinkel geneem. Navorsing en konsepte is eindeloos regoor die wêreld.
Wetenskaplikes betrokke by ELEKTROGRAAF-projek (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), wat deur die EU befonds word, het gewerk aan die massaproduksie van grafeenelektrodemateriale en die toepassing van omgewingsvriendelike ioniese vloeibare elektroliete by kamertemperatuur. Wetenskaplikes verwag dit grafeen sal geaktiveerde koolstof vervang (AC) word gebruik in die elektrodes van superkapasitors.
Die navorsers het hier grafietoksiede vervaardig, dit in velle grafeen verdeel, en dan die velle in 'n superkapasitor ingebed. In vergelyking met AC-gebaseerde elektrodes, het grafeenelektrodes beter kleef-eienskappe en hoër energiebergingskapasiteit.
Passasiers wat aan boord gaan - die trem laai
Navorsingsentrums is besig met navorsing en prototipering, en die Chinese het superkapasitors in die praktyk gebring. Die stad Zhuzhou, Hunan-provinsie, het onlangs die eerste Sjinees-vervaardigde trem wat deur superkapasitors (2) aangedryf word, onthul, wat beteken dat dit nie 'n oorhoofse lyn benodig nie. Die trem word aangedryf deur stroomafnemers wat by stilhouplekke geïnstalleer is. 'n Volle laai neem ongeveer 30 sekondes, so dit vind plaas tydens die in- en uitklim van passasiers. Dit laat die voertuig toe om 3-5 km te reis sonder eksterne krag, wat genoeg is om by die volgende stop te kom. Boonop herwin dit tot 85% van energie wanneer dit gerem word.
Die moontlikhede vir die praktiese gebruik van superkapasitors is talle – van energiestelsels, brandstofselle, sonselle tot elektriese voertuie. Onlangs is die aandag van spesialiste gevestig op die gebruik van superkapasitors in hibriede elektriese voertuie. 'n Polimeer diafragma brandstofsel laai 'n superkapasitor, wat dan elektriese energie stoor wat gebruik word om 'n enjin aan te dryf. Die vinnige laai/ontladingsiklusse van die SC kan gebruik word om die vereiste piekkrag van die brandstofsel glad te maak, wat byna eenvormige werkverrigting bied.
Dit blyk dat ons reeds op die drumpel van die superkapasitor-revolusie staan. Ervaring toon egter dat dit die moeite werd is om oormatige entoesiasme in toom te hou om nie deurmekaar te raak en nie met 'n ontlaaide ou battery in jou hande gelaat te word nie.
