スーパーキャパシタ - スーパーおよびウルトラ

バッテリーの効率、速度、容量、安全性の問題は現在、世界的な主要問題の XNUMX つになりつつあります。 この分野の発展途上は、私たちの技術文明全体の停滞を脅かすという意味で。

私たちは最近、携帯電話のリチウムイオン電池の爆発について書きました。 まだ満足できない容量と遅い充電は、イーロン・マスクや他のEV愛好家を何度もイライラさせたことは確かです。 この分野におけるさまざまなイノベーションについては長年にわたって耳にしてきましたが、日常の使用においてより優れたものを提供する画期的な技術はまだありません。 しかし、しばらくの間、バッテリーを急速充電コンデンサ、またはその「スーパー」バージョンに置き換えることができるという事実について多くの話題があった。

なぜ普通のコンデンサではブレークスルーが望めないのでしょうか? 答えは簡単です。 ガソリン 4 キログラムは、約 30 キロワット時のエネルギーに相当します。 テスラモデルのバッテリーのエネルギーは約 0,1 分の XNUMX です。 XNUMXキログラムのコンデンサの質量はわずかXNUMXkWhです。 従来のコンデンサがこの新しい役割に適さない理由は説明する必要はありません。 最新のリチウムイオン電池のコンデンサ容量は数百倍大きくなければなりません。

スーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタは、従来の電解コンデンサと比較して、非常に高い電気容量（数千ファラッドのオーダー）を有し、動作電圧が 2 ～ 3 V の電解コンデンサの一種です。 スーパーキャパシタの最大の利点は、 非常に短い充電時間と放電時間 他のエネルギー貯蔵装置（バッテリーなど）と比較して。 これにより、最大まで電源を増やすことができます。 コンデンサ重量 10 キログラムあたり XNUMX kW.

市販されているウルトラキャパシタ モデルの XNUMX つ。

研究室での実績

ここ数カ月間、新しいスーパーキャパシタのプロトタイプに関する多くの情報がもたらされました。 たとえば、2016 年末に、セントラルフロリダ大学の科学者グループが次のようなものを作成したことを知りました。 スーパーキャパシタを作成するための新しいプロセス、より多くのエネルギーを節約し、30以上に耐えます。 充電/放電サイクル。 研究チームのメンバー、ニティン・チョーダリー氏はメディアに対し、バッテリーをこれらのスーパーキャパシタに置き換えれば、スマートフォンを数秒で充電できるだけでなく、XNUMX週間以上使用できるようになるだろうと語った。 。 フロリダの科学者たちは、二次元材料でコーティングされた何百万ものマイクロ導体からスーパーキャパシタを作成しています。 ケーブルの芯は電気をよく通すため、コンデンサーの充放電が速く、芯を覆う二次元素材によって大量のエネルギーを蓄えることができます。

電極材料としてアンモニア溶液中で多孔質銅構造を製造しているイランのテヘラン大学の科学者らも、いくぶん似たような概念を持っています。 一方、イギリス人はコンタクトレンズに使用されているものと同様のジェルを選択します。 他の誰かがポリマーを作業場に持ち込んだ。 研究とコンセプトは世界中で無限にあります。

参加している科学者 エレクトログラフプロジェクト EU の資金提供を受けた (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications) は、グラフェン電極材料の大量生産と、環境に優しいイオン液体電解質の室温での応用に取り組んできました。 科学者たちはそれを期待しています グラフェンは活性炭に取って代わる (AC)はスーパーキャパシタの電極に使用されます。

ここの研究者らは酸化グラファイトを生成し、グラフェンシートに分割し、そのシートをスーパーキャパシタに統合した。 ACベースの電極と比較して、グラフェン電極は優れた接着特性とより高いエネルギー貯蔵容量を備えています。

乗客の搭乗 - トラムは充電中です

研究センターでは研究と試作が行われており、中国はスーパーキャパシタを実用化している。 湖南省株州市は最近、スーパーキャパシタを搭載した初の中国製路面電車を発表した(2)。これは、架線が必要ないことを意味する。 路面電車は停留所に設置されたパンタグラフからエネルギーを受けています。 フル充電には約 30 秒かかるため、乗客の乗降中に充電されます。 これにより、車両は外部電力なしで 3 ～ 5 km 走行でき、次の目的地に到着するのに十分です。 さらに、ブレーキ時のエネルギーを最大85%回収します。

エネルギーシステム、燃料電池、太陽電池から電気自動車まで、スーパーキャパシタの実用化の可能性は数多くあります。 最近、ハイブリッド電気自動車でのスーパーキャパシタの使用に専門家の注目が集まっています。 ポリマーダイヤフラム燃料電池はスーパーキャパシタを充電し、エンジンに電力を供給するために使用される電気エネルギーを蓄えます。 高速 SC 充電/放電サイクルを使用すると、燃料電池に必要なピーク電力を平滑化し、ほぼ均一な性能を実現できます。

私たちはすでにスーパーキャパシタ革命の瀬戸際に立っているようです。 しかし、経験上、混乱したり、放電した古いバッテリーを手にしたままにされたりしないように、過度の熱意を抑える価値があることがわかっています。