Суперконденсаторууд - супер, тэр ч байтугай хэт
Батерейны үр ашиг, хурд, хүчин чадал, аюулгүй байдлын асуудал одоо дэлхий нийтийн тулгамдсан асуудлын нэг болоод байна. Энэ талын хөгжил сул байгаа нь манай техникийн соёл иргэншил бүхэлдээ зогсонги байдалд орох аюул заналхийлж байна гэсэн утгаараа.
Бид саяхан утсан дээрх лити-ион батерейг дэлбэлсэн тухай бичсэн. Тэдний хангалтгүй хүчин чадал, удаан цэнэглэлт нь Илон Маск эсвэл бусад цахилгаан тээврийн хэрэгсэл сонирхогчдыг нэг бус удаа бухимдуулж байсан. Бид олон жилийн турш энэ чиглэлээр янз бүрийн шинэчлэлийн талаар сонсож байсан ч өдөр тутмын хэрэглээнд илүү сайн зүйлийг өгөх шинэ нээлт хараахан гараагүй байна. Гэсэн хэдий ч хэсэг хугацаанд батерейг хурдан цэнэглэгч конденсатороор, эс тэгвээс "супер" хувилбараар сольж болох талаар маш их ярьж байна.
Энгийн конденсаторууд яагаад нээлт хийнэ гэж найддаггүй вэ? Хариулт нь энгийн. Нэг килограмм бензин нь ойролцоогоор 4. киловатт-цаг эрчим хүч юм. Tesla загварын зай нь ойролцоогоор 30 дахин бага эрчим хүч юм. Конденсаторын жингийн килограмм нь ердөө 0,1 кВт цаг байна. Ердийн конденсаторууд яагаад шинэ үүрэг гүйцэтгэхэд тохиромжгүй болохыг тайлбарлах шаардлагагүй. Орчин үеийн лити-ион батерейны багтаамж хэдэн зуу дахин их байх ёстой.
Суперконденсатор эсвэл хэт конденсатор нь сонгодог электролитийн конденсаторуудтай харьцуулахад маш өндөр цахилгаан багтаамжтай (хэдэн мянган фарадын дарааллаар), 2-3 В-ын ажиллах хүчдэлтэй электролитийн конденсаторын нэг төрөл юм. Суперконденсаторуудын хамгийн том давуу тал нь маш богино цэнэглэх, цэнэглэх хугацаа бусад эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжтэй харьцуулахад (жишээ нь, батерей). Энэ нь эрчим хүчний хангамжийг нэмэгдүүлэх боломжийг танд олгоно Конденсаторын жингийн килограмм тутамд 10 кВт.
Зах зээл дээр байгаа хэт конденсаторуудын загваруудын нэг.
Лабораторийн ололт амжилт
Сүүлийн сарууд шинэ суперконденсатор прототипүүдийн талаар маш их мэдээлэл авчирсан. Жишээлбэл, 2016 оны сүүлээр бид Төв Флоридагийн Их Сургуулийн хэсэг эрдэмтэд бүтээсэн гэдгийг мэдсэн. суперконденсатор үүсгэх шинэ процесс, илүү их эрчим хүч хэмнэж, 30 XNUMX-ээс илүү тэсвэрлэх чадвартай. цэнэглэх/цэнэглэх циклүүд. Хэрэв бид эдгээр суперконденсаторуудаар батерейгаа сольсон бол хэдхэн секундын дотор ухаалаг утсаа цэнэглээд зогсохгүй долоо хоногоос илүү хугацаанд ашиглахад хангалттай байх байсан гэж судалгааны багийн гишүүн Нитин Чоудхари хэвлэлд ярьжээ. . Флоридагийн эрдэмтэд хоёр хэмжээст материалаар бүрсэн сая сая микро утаснаас суперконденсатор бүтээдэг. Кабелийн утаснууд нь маш сайн цахилгаан дамжуулагч бөгөөд конденсаторыг хурдан цэнэглэх, цэнэглэх боломжийг олгодог бөгөөд тэдгээрийг бүрхсэн хоёр хэмжээст материал нь их хэмжээний эрчим хүчийг хадгалах боломжийг олгодог.
Аммиакийн уусмалд электродын материал болгон сүвэрхэг зэсийн бүтцийг үйлдвэрлэдэг Ираны Тегераны их сургуулийн эрдэмтэд зарим талаараа ижил төстэй үзэл баримтлалыг баримталдаг. Британичууд эргээд контакт линзэнд хэрэглэдэг гелийг сонгодог. Өөр хэн нэгэн полимерийг семинарт аваачсан. Дэлхий даяар судалгаа, үзэл баримтлал эцэс төгсгөлгүй байдаг.
Үүнд оролцсон эрдэмтэд ELECTROGRAPH төсөл ЕХ-ноос санхүүжүүлдэг (Супер конденсаторын хэрэглээнд зориулсан графен дээр суурилсан электродууд) нь графен электродын материалыг бөөнөөр үйлдвэрлэх, байгаль орчинд ээлтэй ион шингэн электролитийг өрөөний температурт хэрэглэх чиглэлээр ажиллаж байна. Эрдэмтэд үүнийг хүлээж байна графен нь идэвхжүүлсэн нүүрсийг орлох болно (AC) нь суперконденсаторуудын электродуудад ашиглагддаг.
Судлаачид графитын оксидыг энд үйлдвэрлэж, тэдгээрийг графены хуудас болгон хувааж, дараа нь хуудсыг суперконденсаторт суулгасан. Хувьсах гүйдэлд суурилсан электродуудтай харьцуулахад графен электродууд нь илүү сайн наалдамхай шинж чанартай бөгөөд илүү их энерги хадгалах чадвартай байдаг.
Зорчигчид суух - трамвай цэнэглэж байна
Шинжлэх ухааны төвүүд судалгаа шинжилгээ, загварчлалын ажил эрхэлдэг бөгөөд Хятадууд суперконденсаторуудыг практикт нэвтрүүлсэн. Хунань мужийн Жужоу хот саяхан Хятадад үйлдвэрлэсэн суперконденсатор (2)-оор ажилладаг анхны трамвайг танилцуулсан нь агаарын шугам шаарддаггүй гэсэн үг. Трамвай нь зогсоол дээр суурилуулсан пантографаар ажилладаг. Бүрэн цэнэглэхэд 30 секунд зарцуулдаг тул зорчигчдыг суулгах, буулгах үед болдог. Ингэснээр гадны цахилгаан эрчим хүчгүйгээр 3-5 км замыг туулах боломжтой бөгөөд энэ нь дараагийн зогсоол дээр очиход хангалттай юм. Үүнээс гадна тоормослох үед эрчим хүчний 85% хүртэл сэргэдэг.
Суперконденсаторыг практикт ашиглах боломжууд нь эрчим хүчний систем, түлшний эс, нарны зайнаас цахилгаан тээврийн хэрэгсэл хүртэл маш олон янз байдаг. Сүүлийн үед эрлийз цахилгаан машинд суперконденсатор ашиглах нь мэргэжилтнүүдийн анхаарлыг татах болсон. Полимер диафрагмын түлшний эс нь суперконденсаторыг цэнэглэж, дараа нь хөдөлгүүрийг тэжээхэд ашигладаг цахилгаан энергийг хадгалдаг. SC-ийн хурдан цэнэглэх/цэнэглэх циклүүд нь түлшний элементийн шаардлагатай оргил хүчийг жигдрүүлэхэд ашиглагдаж, бараг жигд гүйцэтгэлийг хангадаг.
Бид аль хэдийн суперконденсаторын хувьсгалын босгон дээр ирсэн бололтой. Туршлагаас харахад эргэлзэхгүйн тулд хэт их урам зоригийг хязгаарлаж, гартаа хуучин батерейгаа цэнэггүй орхихгүй байх нь зүйтэй юм.
