Суперконденсаторлар - супер және тіпті ультра
Батареяның тиімділігі, жылдамдығы, сыйымдылығы және қауіпсіздігі мәселесі қазір басты жаһандық мәселелердің біріне айналып отыр. Бұл саланың дамымауы бүкіл техникалық өркениетіміздің тоқырау қаупін төндіреді деген мағынада.
Жақында біз телефондардағы литий-иондық батареялардың жарылуы туралы жазған болатынбыз. Олардың әлі де қанағаттанарлықсыз сыйымдылығы мен баяу зарядталуы Илон Маскты немесе кез келген басқа электр көлігі энтузиастарын бірнеше рет тітіркендірді. Біз бұл саладағы түрлі жаңалықтар туралы көп жылдар бойы естіп келеміз, бірақ күнделікті пайдалануда жақсы нәрсе беретін серпіліс әлі жоқ. Дегенмен, біраз уақыттан бері батареяларды жылдам зарядталатын конденсаторлармен, дәлірек айтсақ, олардың «супер» нұсқасымен ауыстыруға болатыны туралы көп айтылды.
Неліктен қарапайым конденсаторлар серпіліске үміттенбейді? Жауап қарапайым. Бір килограмм бензин шамамен 4. киловатт-сағат энергияны құрайды. Tesla моделіндегі аккумулятордың қуаты шамамен 30 есе аз. Конденсатор массасының килограммы небәрі 0,1 кВт/сағ. Неліктен қарапайым конденсаторлар жаңа рөлге сәйкес келмейтінін түсіндірудің қажеті жоқ. Қазіргі заманғы литий-ионды аккумулятордың сыйымдылығы бірнеше жүз есе үлкен болуы керек еді.
Суперконденсатор немесе ультра конденсатор - бұл классикалық электролиттік конденсаторлармен салыстырғанда өте жоғары электр сыйымдылығы (бірнеше мың фарад тәртібі бойынша), жұмыс кернеуі 2-3 В болатын электролиттік конденсатордың бір түрі. Суперконденсаторлардың ең үлкен артықшылығы өте қысқа зарядтау және зарядтау уақыты басқа энергия сақтау құрылғыларымен (мысалы, батареялармен) салыстырғанда. Бұл қуат көзін арттыруға мүмкіндік береді Конденсатор салмағының килограммына 10 кВт.
Нарықта бар ультра конденсаторлардың үлгілерінің бірі.
Зертханадағы жетістіктер
Соңғы айлар жаңа суперконденсаторлардың прототиптері туралы көп ақпарат әкелді. 2016 жылдың соңында біз, мысалы, Орталық Флорида университетінің бір топ ғалымдары құрғанын білдік. суперконденсаторларды құрудың жаңа процесі, көбірек энергияны үнемдеу және 30-дан астам XNUMX-ке төтеп беру. зарядтау/разряд циклдері. Егер біз аккумуляторларды осы суперконденсаторларға ауыстырсақ, смартфонды бірнеше секундта зарядтап қана қоймай, бұл бір аптадан астам пайдалану үшін жеткілікті болар еді, деді зерттеу тобының мүшесі Нитин Чоудхари БАҚ өкілдеріне. . Флорида ғалымдары екі өлшемді материалмен қапталған миллиондаған микросымдардан суперконденсаторлар жасайды. Кабельдің жіптері конденсаторды жылдам зарядтауға және разрядтауға мүмкіндік беретін электр тогын өте жақсы өткізеді, ал оларды жабатын екі өлшемді материал энергияның үлкен көлемін сақтауға мүмкіндік береді.
Электрод материалы ретінде аммиак ерітінділерінде кеуекті мыс құрылымдарын шығаратын Ирандағы Тегеран университетінің ғалымдары біршама ұқсас тұжырымдаманы ұстанады. Британдықтар, өз кезегінде, контактілі линзаларда қолданылатын гельдерді таңдайды. Басқа біреу полимерлерді шеберханаға апарды. Зерттеулер мен тұжырымдамалар дүние жүзінде шексіз.
қатысқан ғалымдар ELECTROGRAPH жобасы ЕО қаржыландыратын (Суперконденсаторды қолдану үшін графен негізіндегі электродтар) графендік электрод материалдарын жаппай өндіру және бөлме температурасында экологиялық таза иондық сұйық электролиттерді қолдану бойынша жұмыс істейді. Ғалымдар мұны күтеді графен белсендірілген көмірді алмастырады (AC) суперконденсаторлардың электродтарында қолданылады.
Зерттеушілер мұнда графит оксидтерін өндіріп, оларды графен парақтарына бөлді, содан кейін парақтарды суперконденсаторға ендірді. Айнымалы ток негізіндегі электродтармен салыстырғанда, графен электродтары жақсы адгезиялық қасиеттерге және жоғары энергия сақтау сыйымдылығына ие.
Жолаушыларды отырғызу - трамвай зарядталып жатыр
Ғылыми-зерттеу орталықтары зерттеу және прототип жасаумен айналысады, ал қытайлықтар суперконденсаторларды тәжірибеге енгізді. Жақында Хунань провинциясының Чжучжоу қаласы суперконденсаторлар (2) арқылы жұмыс істейтін Қытайда жасалған бірінші трамвайды таныстырды, яғни ол әуе желісін қажет етпейді. Трамвай аялдамаларда орнатылған пантографтармен жұмыс істейді. Толық зарядтау шамамен 30 секундты алады, сондықтан ол жолаушыларды отырғызу және түсіру кезінде орын алады. Бұл көлікке сыртқы қуатсыз 3-5 шақырым жүруге мүмкіндік береді, бұл келесі аялдамаға жету үшін жеткілікті. Сонымен қатар, ол тежеу кезінде энергияның 85% дейін қалпына келтіреді.
Суперконденсаторларды практикалық қолданудың мүмкіндіктері өте көп - энергетикалық жүйелерден, отын элементтерінен, күн батареяларынан электрлік көліктерге дейін. Жақында мамандардың назары гибридті электр көліктерінде суперконденсаторларды қолдануға аударылды. Полимерлі диафрагмалық отын ұяшығы суперконденсаторды зарядтайды, содан кейін ол қозғалтқышты қуаттандыру үшін пайдаланылатын электр энергиясын сақтайды. SC жылдам зарядтау/разрядтау циклдері біркелкі дерлік өнімділікті қамтамасыз ететін отын ұяшығының қажетті ең жоғары қуатын тегістеу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Біз қазірдің өзінде суперконденсаторлар революциясының табалдырығында тұрған сияқтымыз. Тәжірибе көрсеткендей, шатаспау және қолыңызда заряды біткен ескі батареямен қалмау үшін шамадан тыс ынта-жігерді ұстаған жөн.
