Superkondensatorë - super dhe madje ultra

Çështja e efikasitetit, shpejtësisë, kapacitetit dhe sigurisë së baterisë tani po bëhet një nga problemet kryesore globale. Në kuptimin që moszhvillimi në këtë zonë rrezikon të ngecë në vend të gjithë qytetërimin tonë teknik.

Kohët e fundit kemi shkruar për shpërthimin e baterive litium-jon në telefon. Kapaciteti i tyre ende i pakënaqshëm dhe karikimi i ngadaltë sigurisht që kanë mërzitur Elon Musk ose çdo entuziast tjetër të automjeteve elektrike më shumë se një herë. Kemi shumë vite që dëgjojmë për risi të ndryshme në këtë fushë, por ende nuk ka një përparim që do të jepte diçka më të mirë në përdorimin e përditshëm. Megjithatë, prej disa kohësh po flitet shumë për faktin se bateritë mund të zëvendësohen me kondensatorë me karikim të shpejtë, ose më saktë versionin e tyre “super”.

Pse kondensatorët e zakonshëm nuk shpresojnë për një përparim? Përgjigja është e thjeshtë. Një kilogram benzinë ​​është afërsisht 4. kilovat/orë energji. Bateria në modelin Tesla ka rreth 30 herë më pak energji. Një kilogram i masës së kondensatorit është vetëm 0,1 kWh. Nuk ka nevojë të shpjegohet pse kondensatorët e zakonshëm nuk janë të përshtatshëm për një rol të ri. Kapaciteti i një baterie moderne litium-jon duhet të jetë disa qindra herë më i madh.

Një superkondensator ose ultrakondensator është një lloj kondensatori elektrolitik që, në krahasim me kondensatorët elektrolitikë klasikë, ka një kapacitet elektrik jashtëzakonisht të lartë (në rendin e disa mijëra faradave), me një tension operativ prej 2-3 V. Avantazhi më i madh i superkondensatorëve është kohë shumë të shkurtra karikimi dhe shkarkimi krahasuar me pajisjet e tjera të ruajtjes së energjisë (p.sh. bateritë). Kjo ju lejon të rrisni furnizimin me energji elektrike në 10 kW për kilogram të peshës së kondensatorit.

Një nga modelet e ultrakondensatorëve të disponueshëm në treg.

Arritjet në laboratorë

Muajt ​​e fundit kanë sjellë shumë informacione në lidhje me prototipet e reja të superkondensatorëve. Në fund të vitit 2016, mësuam, për shembull, se një grup shkencëtarësh nga Universiteti i Floridës Qendrore krijuan proces i ri për krijimin e superkondensatorëve, duke kursyer më shumë energji dhe duke përballuar më shumë se 30 XNUMX. ciklet e ngarkimit/shkarkimit. Nëse do të zëvendësonim bateritë me këta superkondensatorë, jo vetëm që do të mund të karikonim një smartphone në sekonda, por kjo do të mjaftonte për më shumë se një javë përdorim, tha për mediat Nitin Chowdhary, një anëtar i ekipit hulumtues. . . Shkencëtarët e Floridas krijojnë superkondensatorë nga miliona mikrotela të veshura me një material dydimensional. Fijet e kabllit janë përçues shumë të mirë të energjisë elektrike, duke lejuar ngarkimin dhe shkarkimin e shpejtë të kondensatorit, dhe materiali dydimensional që i mbulon ato lejon ruajtjen e sasive të mëdha të energjisë.

Shkencëtarët nga Universiteti i Teheranit në Iran, të cilët prodhojnë struktura poroze bakri në solucione amoniaku si një material elektrodë, i përmbahen një koncepti disi të ngjashëm. Britanikët, nga ana tjetër, zgjedhin xhel si ato që përdoren në lentet e kontaktit. Dikush tjetër i çoi polimeret në punishte. Kërkimet dhe konceptet janë të pafundme në mbarë botën.

Shkencëtarët e përfshirë në projekti ELEKTROGRAF (Elektroda të bazuara në grafen për aplikime mbi kondensatorë), financuar nga BE-ja, ka punuar në prodhimin masiv të materialeve të elektrodës grafeni dhe aplikimin e elektroliteve të lëngshme jonike miqësore me mjedisin në temperaturën e dhomës. Shkencëtarët presin që grafeni do të zëvendësojë karbonin e aktivizuar (AC) përdoret në elektrodat e superkondensatorëve.

Studiuesit prodhuan okside grafiti këtu, i ndanë ato në fletë grafeni dhe më pas i futën fletët në një superkondensator. Krahasuar me elektrodat me bazë AC, elektrodat e grafenit kanë veti më të mira ngjitëse dhe kapacitet më të lartë të ruajtjes së energjisë.

Imbarkimi i pasagjerëve - tramvaji po ngarkon

Qendrat kërkimore janë të angazhuara në kërkime dhe prototipa, dhe kinezët kanë vënë në praktikë superkondensatorët. Qyteti i Zhuzhou, Provinca Hunan, zbuloi kohët e fundit tramvajin e parë të prodhuar nga Kina i fuqizuar nga superkondensatorë (2), që do të thotë se nuk kërkon një linjë ajrore. Tramvaji mundësohet nga pantografë të instaluar në ndalesa. Karikimi i plotë zgjat rreth 30 sekonda, kështu që ndodh gjatë hipjes dhe zbarkimit të pasagjerëve. Kjo i mundëson automjetit të udhëtojë 3-5 km pa energji të jashtme, e cila është e mjaftueshme për të arritur në ndalesën tjetër. Përveç kësaj, ai rikuperon deri në 85% të energjisë gjatë frenimit.

Mundësitë për përdorimin praktik të superkondensatorëve janë të shumta - nga sistemet energjetike, qelizat e karburantit, qelizat diellore e deri te automjetet elektrike. Kohët e fundit, vëmendja e specialistëve është tërhequr në përdorimin e superkondensatorëve në automjetet elektrike hibride. Një qelizë e karburantit me diafragmë polimer ngarkon një superkondensator, i cili më pas ruan energjinë elektrike të përdorur për të fuqizuar një motor. Ciklet e shpejta të ngarkimit/shkarkimit të SC mund të përdoren për të zbutur fuqinë maksimale të kërkuar të qelizës së karburantit, duke siguruar performancë pothuajse uniforme.

Duket se jemi tashmë në pragun e revolucionit të superkondensatorëve. Sidoqoftë, përvoja tregon se ia vlen të frenoni tepricat e entuziazmit në mënyrë që të mos ngatërroheni dhe të mos mbeteni me një bateri të vjetër të shkarkuar në duar.