სუპერკონდენსატორები - სუპერ და თუნდაც ულტრა
ბატარეის ეფექტურობის, სიჩქარის, სიმძლავრის და უსაფრთხოების საკითხი ახლა ერთ-ერთ მთავარ გლობალურ პრობლემად იქცევა. იმ გაგებით, რომ ამ სფეროში განუვითარებლობა ემუქრება მთელი ჩვენი ტექნიკური ცივილიზაციის სტაგნაციას.
ჩვენ ცოტა ხნის წინ დავწერეთ ტელეფონებში ლითიუმ-იონური ბატარეების აფეთქების შესახებ. მათმა ჯერ კიდევ არადამაკმაყოფილებელმა სიმძლავრემ და ნელი დამუხტვამ, რა თქმა უნდა, არაერთხელ გააღიზიანა ელონ მასკი ან სხვა ელექტრომობილების მოყვარული. მრავალი წელია გვესმის სხვადასხვა ინოვაციების შესახებ ამ სფეროში, მაგრამ ჯერ კიდევ არ არის გარღვევა, რომელიც უკეთესს მისცემდა ყოველდღიურ გამოყენებას. თუმცა, უკვე დიდი ხანია, ბევრს საუბრობენ იმაზე, რომ ბატარეები შეიძლება შეიცვალოს სწრაფი დამუხტვის კონდენსატორებით, უფრო სწორად მათი „სუპერ“ ვერსიით.
რატომ არ აქვთ ჩვეულებრივი კონდენსატორები გარღვევის იმედი? პასუხი მარტივია. კილოგრამი ბენზინი დაახლოებით 4. კილოვატ/საათ ენერგიას შეადგენს. ტესლას მოდელის ბატარეას დაახლოებით 30-ჯერ ნაკლები ენერგია აქვს. კილოგრამი კონდენსატორის მასა არის მხოლოდ 0,1 კვტ.სთ. არ არის საჭირო იმის ახსნა, თუ რატომ არ არის შესაფერისი ჩვეულებრივი კონდენსატორები ახალი როლისთვის. თანამედროვე ლითიუმ-იონური ბატარეის ტევადობა რამდენიმე ასეულჯერ დიდი უნდა იყოს.
სუპერკონდენსატორი ან ულტრაკონდენსატორი არის ელექტროლიტური კონდენსატორის ტიპი, რომელსაც, კლასიკურ ელექტროლიტურ კონდენსატორებთან შედარებით, აქვს უკიდურესად მაღალი ელექტრული ტევადობა (რამდენიმე ათასი ფარადის ბრძანებით), სამუშაო ძაბვით 2-3 ვ. სუპერკონდენსატორების ყველაზე დიდი უპირატესობა არის ძალიან მოკლე დატენვის და განმუხტვის დრო ენერგიის შესანახ სხვა მოწყობილობებთან შედარებით (მაგ. ბატარეები). ეს საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ ელექტრომომარაგება 10 კვტ თითო კილოგრამი კონდენსატორის წონაზე.
ბაზარზე არსებული ულტრაკონდენსატორების ერთ-ერთი მოდელი.
მიღწევები ლაბორატორიებში
ბოლო თვეებმა მოიტანა ბევრი ინფორმაცია ახალი სუპერკონდენსატორის პროტოტიპების შესახებ. 2016 წლის ბოლოს გავიგეთ, რომ, მაგალითად, ცენტრალური ფლორიდის უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფმა შექმნა ახალი პროცესი სუპერკონდენსატორების შესაქმნელად, დაზოგავს მეტ ენერგიას და უძლებს 30 XNUMX-ზე მეტს. დამუხტვის/დამუხტვის ციკლები. თუ ბატარეებს ამ სუპერკონდენსატორებით შევცვლით, არა მხოლოდ სმარტფონის დამუხტვას შევძლებთ წამებში, არამედ ეს საკმარისი იქნება ერთ კვირაზე მეტი გამოყენებისთვის, განუცხადა მედიას კვლევითი ჯგუფის წევრმა ნიტინ ჩოუდჰარიმ. . ფლორიდის მეცნიერები ქმნიან სუპერკონდენსატორები მილიონობით მიკრომავთულისგან, რომლებიც დაფარულია ორგანზომილებიანი მასალით. კაბელის ძაფები ელექტროენერგიის ძალიან კარგი გამტარია, რაც კონდენსატორის სწრაფ დატენვასა და განმუხტვას იძლევა, ხოლო მათზე დაფარული ორგანზომილებიანი მასალა დიდი რაოდენობით ენერგიის შენახვას იძლევა.
თეირანის უნივერსიტეტის მეცნიერები, რომლებიც აწარმოებენ ფოროვან სპილენძის სტრუქტურებს ამიაკის ხსნარებში, როგორც ელექტროდის მასალას, იცავენ გარკვეულწილად მსგავს კონცეფციას. ბრიტანელები, თავის მხრივ, ირჩევენ კონტაქტურ ლინზებში გამოყენებულ გელებს. სხვამ წაიღო პოლიმერები სახელოსნოში. კვლევები და კონცეფციები უსაზღვროა მთელ მსოფლიოში.
ჩართული მეცნიერები პროექტი ELECTROGRAPH ევროკავშირის მიერ დაფინანსებული (გრაფენზე დაფუძნებული ელექტროდები სუპერკონდენსატორის გამოყენებისთვის), მუშაობდა გრაფენის ელექტროდის მასალების მასობრივ წარმოებაზე და ეკოლოგიურად სუფთა იონური თხევადი ელექტროლიტების გამოყენებაზე ოთახის ტემპერატურაზე. მეცნიერები ამას ელიან გრაფენი ჩაანაცვლებს გააქტიურებულ ნახშირბადს (AC) გამოიყენება სუპერკონდენსატორების ელექტროდებში.
მკვლევარებმა აქ აწარმოეს გრაფიტის ოქსიდები, დაყვეს ისინი გრაფენის ფურცლებზე და შემდეგ ფურცლები სუპერკონდენსატორში ჩასვეს. AC-ზე დაფუძნებულ ელექტროდებთან შედარებით, გრაფენის ელექტროდებს აქვთ უკეთესი წებოვანი თვისებები და უფრო მაღალი ენერგიის შენახვის უნარი.
მგზავრების ჩასხდომა - ტრამვაი იტენება
კვლევითი ცენტრები დაკავებულნი არიან კვლევებითა და პროტოტიპებით, ჩინელებმა კი სუპერკონდენსატორები პრაქტიკაში გამოიყენეს. ქალაქ ჟუჟოუმ, ჰუნანის პროვინცია, ახლახან წარმოადგინა პირველი ჩინური წარმოების ტრამვაი, რომელიც იკვებება სუპერკონდენსატორებით (2), რაც ნიშნავს, რომ მას არ სჭირდება საჰაერო ხაზი. ტრამვაი იკვებება გაჩერებებზე დამონტაჟებული პანტოგრაფებით. სრულ დამუხტვას დაახლოებით 30 წამი სჭირდება, ამიტომ ხდება მგზავრების ჩასხდომისა და ჩამოსვლის დროს. ეს საშუალებას აძლევს მანქანას გაიაროს 3-5 კმ გარე დენის გარეშე, რაც საკმარისია შემდეგ გაჩერებამდე მისასვლელად. გარდა ამისა, დამუხრუჭებისას იგი აღადგენს ენერგიის 85%-მდე.
სუპერკონდენსატორების პრაქტიკული გამოყენების შესაძლებლობები მრავალრიცხოვანია - ენერგეტიკული სისტემებიდან, საწვავის უჯრედებიდან, მზის ელემენტებიდან ელექტრომობილებამდე. ცოტა ხნის წინ, სპეციალისტების ყურადღება მიიპყრო ჰიბრიდულ ელექტრომობილებში სუპერკონდენსატორების გამოყენებაზე. პოლიმერული დიაფრაგმის საწვავის უჯრედი მუხტავს სუპერკონდენსატორს, რომელიც შემდეგ ინახავს ელექტრო ენერგიას, რომელიც გამოიყენება ძრავის გასაძლიერებლად. SC-ის სწრაფი დატენვის/გამორთვის ციკლები შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედის საჭირო პიკური სიმძლავრის გამოსასწორებლად, რაც უზრუნველყოფს თითქმის ერთგვაროვან შესრულებას.
როგორც ჩანს, ჩვენ უკვე სუპერკონდენსატორის რევოლუციის ზღვარზე ვართ. თუმცა, გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ღირს ენთუზიაზმის ჭარბი შეკავება, რათა არ დაიბნეთ და არ დარჩეთ დაცლილი ძველი ბატარეით ხელში.
