Supercapacitors - sobrang at kahit ultra
Ang isyu ng kahusayan ng baterya, bilis, kapasidad at kaligtasan ay nagiging isa sa mga pangunahing problema sa mundo. Sa diwa na ang kawalan ng pag-unlad sa lugar na ito ay nagbabanta sa pagtigil ng ating buong teknikal na sibilisasyon.
Nagsulat kami kamakailan tungkol sa mga sumasabog na baterya ng lithium-ion sa mga telepono. Ang kanilang hindi pa rin kasiya-siyang kapasidad at mabagal na pag-charge ay tiyak na nakakainis kay Elon Musk o anumang iba pang mahilig sa electric vehicle nang higit sa isang beses. Narinig namin ang tungkol sa iba't ibang mga inobasyon sa lugar na ito sa loob ng maraming taon, ngunit wala pa ring tagumpay na magbibigay ng mas mahusay sa pang-araw-araw na paggamit. Gayunpaman, sa loob ng ilang panahon ngayon ay maraming usapan tungkol sa katotohanan na ang mga baterya ay maaaring mapalitan ng mga fast-charging capacitor, o sa halip ang kanilang "super" na bersyon.
Bakit ang mga ordinaryong capacitor ay hindi umaasa para sa isang pambihirang tagumpay? Simple lang ang sagot. Ang isang kilo ng gasolina ay humigit-kumulang 4. kilowatt-hours ng enerhiya. Ang baterya sa modelong Tesla ay may humigit-kumulang 30 beses na mas kaunting enerhiya. Ang isang kilo ng capacitor mass ay 0,1 kWh lamang. Hindi na kailangang ipaliwanag kung bakit ang mga ordinaryong capacitor ay hindi angkop para sa isang bagong papel. Ang kapasidad ng isang modernong lithium-ion na baterya ay kailangang ilang daang beses na mas malaki.
Ang supercapacitor o ultracapacitor ay isang uri ng electrolytic capacitor na, kumpara sa mga classical electrolytic capacitor, ay may napakataas na electrical capacitance (sa pagkakasunud-sunod ng ilang libong farads), na may operating voltage na 2-3 V. Ang pinakamalaking bentahe ng supercapacitors ay napakaikling oras ng pag-charge at pagdiskarga kumpara sa iba pang mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya (hal. mga baterya). Ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang madagdagan ang power supply sa 10 kW bawat kilo ng timbang ng kapasitor.
Isa sa mga modelo ng ultracapacitors na magagamit sa merkado.
Mga nagawa sa mga laboratoryo
Ang mga nagdaang buwan ay nagdala ng maraming impormasyon tungkol sa mga bagong prototype ng supercapacitor. Sa pagtatapos ng 2016, nalaman namin, halimbawa, na isang grupo ng mga siyentipiko mula sa University of Central Florida ang lumikha bagong proseso para sa paglikha ng mga supercapacitor, mas makatipid ng enerhiya at makatiis ng higit sa 30 XNUMX. mga cycle ng charge/discharge. Kung papalitan natin ang mga baterya ng mga supercapacitor na ito, hindi lamang tayo makakapag-charge ng isang smartphone sa loob ng ilang segundo, ngunit sapat na iyon para sa higit sa isang linggong paggamit, sinabi ni Nitin Chowdhary, isang miyembro ng research team, sa media. . . Ang mga siyentipiko sa Florida ay lumikha ng mga supercapacitor mula sa milyun-milyong microwires na pinahiran ng dalawang-dimensional na materyal. Ang mga hibla ng cable ay napakahusay na mga konduktor ng kuryente, na nagpapahintulot sa mabilis na pagsingil at paglabas ng kapasitor, at ang dalawang-dimensional na materyal na sumasaklaw sa kanila ay nagbibigay-daan para sa pag-imbak ng malaking halaga ng enerhiya.
Ang mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Tehran sa Iran, na gumagawa ng mga porous na istruktura ng tanso sa mga solusyon sa ammonia bilang isang materyal na elektrod, ay sumunod sa isang medyo katulad na konsepto. Ang British naman, ay pumipili ng mga gel tulad ng ginagamit sa mga contact lens. May ibang kumuha ng mga polimer sa pagawaan. Ang pananaliksik at mga konsepto ay walang katapusan sa buong mundo.
Mga siyentipiko na kasangkot sa proyekto ELECTROGRAPH Ang (Grapene-Based Electrodes para sa Supercapacitor Applications), na pinondohan ng EU, ay nagtatrabaho sa mass production ng graphene electrode materials at ang paglalapat ng environment friendly na ionic liquid electrolytes sa temperatura ng silid. Inaasahan ito ng mga siyentipiko Papalitan ng graphene ang activated carbon (AC) ay ginagamit sa mga electrodes ng supercapacitors.
Ang mga mananaliksik ay gumawa ng mga graphite oxide dito, hinati ang mga ito sa mga sheet ng graphene, at pagkatapos ay i-embed ang mga sheet sa isang supercapacitor. Kung ikukumpara sa mga electrodes na nakabatay sa AC, ang mga graphene electrodes ay may mas mahusay na mga katangian ng pandikit at mas mataas na kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya.
Sumasakay ng mga pasahero - ang tram ay naniningil
Ang mga sentro ng agham ay nakikibahagi sa pananaliksik at prototyping, at ang mga Tsino ay nagsagawa ng mga supercapacitor. Ang lungsod ng Zhuzhou, Hunan Province, ay nag-unveil kamakailan ng unang tram na gawa sa China na pinapagana ng mga supercapacitor (2), na nangangahulugang hindi ito nangangailangan ng overhead line. Ang tram ay pinapagana ng mga pantograph na naka-install sa mga hintuan. Ang buong singil ay tumatagal ng humigit-kumulang 30 segundo, kaya nagaganap ito sa panahon ng pagsakay at pagbaba ng mga pasahero. Pinapayagan nito ang sasakyan na maglakbay ng 3-5 km nang walang panlabas na kapangyarihan, na sapat na upang makarating sa susunod na hintuan. Bilang karagdagan, ito ay bumabawi ng hanggang 85% ng enerhiya kapag nagpepreno.
Ang mga posibilidad para sa praktikal na paggamit ng mga supercapacitor ay marami - mula sa mga sistema ng enerhiya, mga cell ng gasolina, mga solar cell hanggang sa mga de-koryenteng sasakyan. Kamakailan lamang, ang atensyon ng mga espesyalista ay na-riveted sa paggamit ng mga supercapacitor sa hybrid electric vehicles. Ang isang polymer diaphragm fuel cell ay naniningil ng isang supercapacitor, na pagkatapos ay nag-iimbak ng elektrikal na enerhiya na ginagamit upang paganahin ang isang makina. Ang mabilis na pag-charge/discharge cycle ng SC ay maaaring gamitin upang pakinisin ang kinakailangang peak power ng fuel cell, na nagbibigay ng halos pare-parehong performance.
Mukhang nasa threshold na tayo ng supercapacitor revolution. Ang karanasan ay nagpapakita, gayunpaman, na ito ay nagkakahalaga ng pagpigil sa labis na sigasig upang hindi malito at hindi maiwan na may na-discharge na lumang baterya sa iyong mga kamay.
