Süper kapasitörler - süper ve hatta ultra
Pil verimliliği, hız, kapasite ve güvenlik konusu artık temel küresel sorunlardan biri haline geliyor. Bu alandaki azgelişmişliğin tüm teknik uygarlığımızı durgunlukla tehdit etmesi anlamında.
Geçenlerde telefonlarda patlayan lityum iyon piller hakkında yazdık. Hala tatmin edici olmayan kapasiteleri ve yavaş şarjları, Elon Musk'ı veya diğer elektrikli araç meraklılarını bir kereden fazla rahatsız etti. Uzun yıllardır bu alanda çeşitli yenilikler duyuyoruz, ancak hala günlük kullanımda daha iyi bir şey verecek bir gelişme yok. Bununla birlikte, bir süredir pillerin hızlı şarjlı kapasitörlerle veya daha doğrusu "süper" versiyonlarıyla değiştirilebileceği hakkında çok şey konuşuluyor.
Sıradan kapasitörler neden bir atılım ummuyor? Cevap basit. Bir kilogram benzin yaklaşık olarak 4. kilovat saat enerjidir. Tesla modelindeki pil yaklaşık 30 kat daha az enerjiye sahiptir. Bir kilogram kapasitör kütlesi sadece 0,1 kWh'dir. Sıradan kapasitörlerin neden yeni bir rol için uygun olmadığını açıklamaya gerek yok. Modern bir lityum iyon pilin kapasitesinin birkaç yüz kat daha büyük olması gerekir.
Bir süper kapasitör veya ultra kapasitör, klasik elektrolitik kapasitörlerle karşılaştırıldığında, 2-3 V'luk bir çalışma voltajıyla son derece yüksek bir elektrik kapasitansına (birkaç bin farad mertebesinde) sahip bir elektrolitik kapasitör türüdür. Süper kapasitörlerin en büyük avantajı, çok kısa şarj ve deşarj süreleri diğer enerji depolama cihazlarıyla (örneğin piller) karşılaştırıldığında. Bu, güç kaynağını artırmanıza izin verir. 10 kW kapasitör ağırlığının kilogramı başına.
Piyasada bulunan ultrakapasitör modellerinden biri.
Laboratuvarlardaki Başarılar
Son aylar, yeni süper kapasitör prototipleri hakkında birçok bilgi getirdi. 2016'nın sonunda, örneğin Central Florida Üniversitesi'nden bir grup bilim insanının oluşturduğunu öğrendik. süper kapasitörler oluşturmak için yeni süreç, daha fazla enerji tasarrufu ve 30'dan fazla XNUMX'e dayanıklı. şarj/deşarj döngüleri. Araştırma ekibinin bir üyesi olan Nitin Chowdhary, medyaya verdiği demeçte, pilleri bu süper kapasitörlerle değiştirirsek, yalnızca bir akıllı telefonu saniyeler içinde şarj etmekle kalmaz, bunun bir haftadan fazla kullanım için yeterli olacağını söyledi. . Florida bilim adamları, iki boyutlu bir malzemeyle kaplanmış milyonlarca mikro telden süper kapasitörler yaratıyor. Kablonun telleri çok iyi elektrik iletkenleridir, kapasitörün hızlı şarj ve deşarjını sağlar ve bunları kaplayan iki boyutlu malzeme büyük miktarda enerjinin depolanmasına izin verir.
Elektrot malzemesi olarak amonyak çözeltilerinde gözenekli bakır yapılar üreten İran'daki Tahran Üniversitesi'nden bilim adamları, biraz benzer bir konsepte bağlı kalıyorlar. İngilizler de kontakt lenslerde kullanılanlar gibi jelleri tercih ediyor. Bir başkası polimerleri atölyeye götürdü. Araştırma ve kavramlar dünya çapında sonsuzdur.
katılan bilim adamları proje ELEKTROGRAFİ AB tarafından finanse edilen (Süper Kapasitör Uygulamaları için Grafen Tabanlı Elektrotlar), grafen elektrot malzemelerinin seri üretimi ve oda sıcaklığında çevre dostu iyonik sıvı elektrolitlerin uygulanması üzerinde çalışıyor. Bilim adamları bunu bekliyor grafen aktif karbonun yerini alacak (AC) süper kapasitörlerin elektrotlarında kullanılır.
Araştırmacılar burada grafit oksitler ürettiler, bunları grafen tabakalarına ayırdılar ve ardından tabakaları bir süper kapasitöre yerleştirdiler. AC bazlı elektrotlarla karşılaştırıldığında, grafen elektrotlar daha iyi yapışma özelliklerine ve daha yüksek enerji depolama kapasitesine sahiptir.
Biniş yolcuları - tramvay şarj oluyor
Araştırma merkezleri araştırma ve prototipleme ile uğraşıyor ve Çinliler süper kapasitörleri uygulamaya koydu. Hunan Eyaleti, Zhuzhou şehri, yakın zamanda süper kapasitörlerle çalışan ilk Çin yapımı tramvayı tanıttı (2), bu da bir havai hat gerektirmediği anlamına geliyor. Tramvay, duraklara monte edilen pantograflar tarafından desteklenmektedir. Tam şarj yaklaşık 30 saniye sürer, bu nedenle yolcuların biniş ve inişleri sırasında gerçekleşir. Bu, aracın harici güç olmadan 3-5 km seyahat etmesini sağlar, bu da bir sonraki durağa ulaşmak için yeterlidir. Ayrıca frenleme sırasında %85'e varan enerji geri kazanımı sağlar.
Süper kapasitörlerin pratik kullanım olasılıkları çoktur - enerji sistemlerinden, yakıt hücrelerine, güneş hücrelerinden elektrikli araçlara. Son zamanlarda, uzmanların dikkati hibrit elektrikli araçlarda süper kapasitörlerin kullanımına çevrildi. Polimer diyaframlı bir yakıt hücresi, bir motora güç sağlamak için kullanılan elektrik enerjisini depolayan bir süper kapasitör şarj eder. SC'nin hızlı şarj/deşarj döngüleri, yakıt hücresinin gereken tepe gücünü yumuşatmak için kullanılabilir ve neredeyse tek tip performans sağlar.
Görünüşe göre zaten süper kapasitör devriminin eşiğindeyiz. Bununla birlikte, deneyimler, kafanızın karışmaması ve elinizde boşalmış eski bir pille kalmamak için aşırı coşkuyu sınırlamaya değer olduğunu göstermektedir.
