Superkondenzatori - super, pa čak i ultra
Pitanje učinkovitosti baterije, brzine, kapaciteta i sigurnosti sada postaje jedan od glavnih globalnih problema. U smislu da nerazvijenost na ovom području prijeti stagnacijom cjelokupne naše tehničke civilizacije.
Nedavno smo pisali o eksploziji litij-ionskih baterija u telefonima. Njihov još uvijek nezadovoljavajući kapacitet i sporo punjenje zasigurno su više puta iznervirali Elona Muska ili bilo kojeg drugog entuzijasta električnih vozila. Već dugi niz godina slušamo o raznim inovacijama na ovom području, ali još uvijek nema iskora koji bi dao nešto bolje u svakodnevnoj upotrebi. No, već se neko vrijeme 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 litij-ionske baterije morao bi biti nekoliko stotina puta veći.
Superkondenzator ili ultrakondenzator je vrsta elektrolitskog kondenzatora koji u usporedbi s klasičnim elektrolitičkim kondenzatorima ima izuzetno visok električni kapacitet (reda nekoliko tisuća farada), s radnim naponom od 2-3 V. Najveća prednost superkondenzatora je vrlo kratko vrijeme punjenja i pražnjenja u usporedbi s drugim uređajima za pohranu energije (npr. baterije). To vam omogućuje povećanje napajanja na 10 kW po kilogramu težine kondenzatora.
Jedan od modela ultrakondenzatora dostupnih na tržištu.
Postignuća u laboratorijima
Posljednji mjeseci donijeli su mnogo informacija o novim prototipovima superkondenzatora. Krajem 2016. saznali smo, primjerice, da je skupina znanstvenika sa Sveučilišta Central Florida 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 u sekundi, već bi to bilo dovoljno za više od tjedan dana korištenja, rekao je medijima Nitin Chowdhary, član istraživačkog tima . . Znanstvenici s Floride stvaraju superkondenzatore od milijuna mikrožica obloženih dvodimenzionalnim materijalom. Niti kabela su vrlo dobri vodiči električne energije, omogućuju brzo punjenje i pražnjenje kondenzatora, a dvodimenzionalni materijal koji ih prekriva omogućuje pohranu velikih količina energije.
Znanstvenici sa Sveučilišta 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 lećama. Netko drugi je odnio polimere u radionicu. Istraživanja i koncepti su beskrajni diljem svijeta.
Znanstvenici uključeni u projekt ELEKTROGRAF (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financiran od strane EU, radi na masovnoj proizvodnji materijala za grafenske elektrode i primjeni ekološki prihvatljivih ionskih tekućih elektrolita na sobnoj temperaturi. Znanstvenici to očekuju grafen će zamijeniti aktivni ugljen (AC) se koristi u elektrodama superkondenzatora.
Istraživači su ovdje proizveli grafitne okside, podijelili ih u listove grafena, a zatim ih ugradili u superkondenzator. U usporedbi s elektrodama na bazi izmjenične struje, grafenske elektrode imaju bolja svojstva prianjanja i veći kapacitet pohrane energije.
Ukrcaj putnika - tramvaj se naplaćuje
Istraživački 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 pa se odvija tijekom ukrcaja i iskrcaja putnika. To omogućuje vozilu da prijeđe 3-5 km bez vanjskog napajanja, što je dovoljno da stigne do sljedeće stanice. Osim toga, vraća do 85% energije prilikom kočenja.
Mogućnosti praktične primjene superkondenzatora su brojne – od energetskih sustava, gorivih ćelija, solarnih ćelija do električnih vozila. Nedavno je pozornost stručnjaka prikovana za korištenje superkondenzatora u hibridnim električnim vozilima. Gorivna ćelija s 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, osiguravajući gotovo ujednačene performanse.
Čini se da smo već na pragu revolucije superkondenzatora. Iskustvo, međutim, pokazuje da je vrijedno obuzdati višak entuzijazma kako se ne biste zbunili i ne biste ostali s ispražnjenom starom baterijom u rukama.
