Superkondenzátory - super a dokonce ultra
Otázka účinnosti, rychlosti, kapacity a bezpečnosti baterií se nyní stává jedním z hlavních globálních problémů. V tom smyslu, že nedostatečný rozvoj v této oblasti hrozí stagnací celé naší technické civilizace.
Nedávno jsme psali o explodujících lithium-iontových bateriích v telefonech. Jejich stále neuspokojivá kapacita a pomalé nabíjení určitě nejednou naštvaly Elona Muska nebo jiného nadšence do elektromobilů. O různých novinkách v této oblasti slýcháme již řadu let, ale stále se nekoná průlom, který by při každodenním používání přinesl něco lepšího. Již nějakou dobu se však hodně mluví o tom, že baterie lze nahradit rychlonabíjecími kondenzátory, respektive jejich „super“ verzí.
Proč obyčejné kondenzátory nedoufají v průlom? Odpověď je jednoduchá. Kilogram benzínu je přibližně 4 kilowatthodiny energie. Baterie v modelu Tesla má zhruba 30x méně energie. Kilogram hmotnosti kondenzátoru je pouze 0,1 kWh. Není třeba vysvětlovat, proč se obyčejné kondenzátory pro novou roli nehodí. Kapacita moderní lithium-iontové baterie by musela být několik setkrát větší.
Superkondenzátor nebo ultrakondenzátor je typ elektrolytického kondenzátoru, který má ve srovnání s klasickými elektrolytickými kondenzátory extrémně vysokou elektrickou kapacitu (řádově několik tisíc farad) s provozním napětím 2-3 V. Největší výhodou superkondenzátorů je velmi krátké doby nabíjení a vybíjení ve srovnání s jinými zařízeními pro ukládání energie (např. baterie). To vám umožní zvýšit napájení 10 kW na kilogram hmotnosti kondenzátoru.
Jeden z modelů ultrakondenzátorů dostupných na trhu.
Úspěchy v laboratořích
Poslední měsíce přinesly mnoho informací o nových prototypech superkondenzátorů. Na konci roku 2016 jsme se například dozvěděli, že skupina vědců z University of Central Florida vytvořila nový proces pro vytváření superkondenzátorů, šetří více energie a vydrží více než 30 XNUMX. cykly nabíjení/vybíjení. Pokud bychom baterie vyměnili za tyto superkondenzátory, nejenže bychom byli schopni nabít smartphone během několika sekund, ale stačilo by to na více než týden používání, řekl médiím Nitin Chowdhary, člen výzkumného týmu. . Floridští vědci vytvářejí superkondenzátory z milionů mikrodrátů potažených dvourozměrným materiálem. Prameny kabelu jsou velmi dobrými vodiči elektřiny, umožňují rychlé nabíjení a vybíjení kondenzátoru a dvourozměrný materiál, který je pokrývá, umožňuje akumulaci velkého množství energie.
Poněkud podobného konceptu se drží i vědci z Teheránské univerzity v Íránu, kteří vyrábějí porézní měděné struktury v čpavkových roztocích jako elektrodový materiál. Britové zase volí gely, jaké se používají v kontaktních čočkách. Někdo jiný odnesl polymery do dílny. Výzkum a koncepty jsou po celém světě nekonečné.
Vědci zapojení do Projekt ELEKTROGRAF (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financovaná EU, pracuje na hromadné výrobě materiálů pro grafenové elektrody a aplikaci ekologicky šetrných iontových kapalných elektrolytů při pokojové teplotě. Vědci to očekávají grafen nahradí aktivní uhlí (AC) se používá v elektrodách superkondenzátorů.
Výzkumníci zde produkovali oxidy grafitu, rozdělili je na listy grafenu a poté je vložili do superkondenzátoru. Ve srovnání s elektrodami na bázi střídavého proudu mají grafenové elektrody lepší adhezivní vlastnosti a vyšší kapacitu akumulace energie.
Nástup cestujících – tramvaj se dobíjí
Vědecká centra se zabývají výzkumem a prototypováním a Číňané zavedli do praxe superkondenzátory. Město Zhuzhou v provincii Hunan nedávno představilo první tramvaj čínské výroby poháněnou superkondenzátory (2), což znamená, že nevyžaduje trolejové vedení. Tramvaj je poháněna pantografy instalovanými na zastávkách. Plné nabití trvá asi 30 sekund, probíhá tedy během nastupování a vystupování cestujících. To umožňuje vozidlu ujet 3-5 km bez externího napájení, což stačí k tomu, aby se dostalo na další zastávku. Navíc při brzdění rekuperuje až 85 % energie.
Možnosti praktického využití superkondenzátorů jsou četné – od energetických systémů, palivových článků, solárních článků až po elektromobily. V poslední době se pozornost specialistů upoutala na použití superkondenzátorů v hybridních elektrických vozidlech. Palivový článek s polymerovou membránou nabíjí superkondenzátor, který pak ukládá elektrickou energii použitou k pohonu motoru. Rychlé cykly nabíjení/vybíjení SC lze použít k vyhlazení požadovaného špičkového výkonu palivového článku, čímž se dosáhne téměř rovnoměrného výkonu.
Zdá se, že už jsme na prahu superkondenzátorové revoluce. Zkušenosti však ukazují, že stojí za to omezit excesy nadšení, abyste se nezmátli a nezůstali vám v rukou vybité staré baterie.
