Superkondensatoren - super und sogar ultra
Das Thema Batterieeffizienz, Geschwindigkeit, Kapazität und Sicherheit entwickelt sich mittlerweile zu einem der globalen Hauptprobleme. In dem Sinne, dass die Unterentwicklung in diesem Bereich unsere gesamte technische Zivilisation zu stagnieren droht.
Wir haben kürzlich über explodierende Lithium-Ionen-Akkus in Telefonen geschrieben. Ihre immer noch unbefriedigende Kapazität und das langsame Laden haben Elon Musk oder jeden anderen Elektrofahrzeug-Enthusiasten mehr als einmal geärgert. Wir hören seit vielen Jahren von verschiedenen Innovationen in diesem Bereich, aber es gibt noch keinen Durchbruch, der im täglichen Gebrauch etwas Besseres bringen würde. Seit einiger Zeit wird jedoch viel darüber gesprochen, dass Batterien durch Schnellladekondensatoren bzw. deren „Super“-Version ersetzt werden können.
Warum hoffen gewöhnliche Kondensatoren nicht auf den Durchbruch? Die Antwort ist einfach. Ein Kilogramm Benzin entspricht etwa 4, Kilowattstunden Energie. Die Batterie im Tesla-Modell hat etwa 30-mal weniger Energie. Ein Kilogramm Kondensatormasse entspricht nur 0,1 kWh. Es muss nicht erklärt werden, warum gewöhnliche Kondensatoren für eine neue Rolle nicht geeignet sind. Die Kapazität einer modernen Lithium-Ionen-Batterie müsste mehrere Hundert Mal größer sein.
Ein Superkondensator oder Ultrakondensator ist eine Art Elektrolytkondensator, der im Vergleich zu klassischen Elektrolytkondensatoren eine extrem hohe elektrische Kapazität (in der Größenordnung von mehreren tausend Farad) bei einer Betriebsspannung von 2-3 V aufweist. Der größte Vorteil von Superkondensatoren ist sehr kurze Lade- und Entladezeiten im Vergleich zu anderen Energiespeichern (z. B. Batterien). Dadurch können Sie die Stromversorgung erhöhen 10 kW pro Kilogramm Kondensatorgewicht.
Eines der Modelle von Ultrakondensatoren, die auf dem Markt erhältlich sind.
Erfolge im Labor
Die letzten Monate haben viele Informationen über neue Superkondensator-Prototypen gebracht. Ende 2016 erfuhren wir zum Beispiel, dass eine Gruppe von Wissenschaftlern die University of Central Florida gegründet hat neuer Prozess zur Herstellung von Superkondensatoren, spart mehr Energie und hält mehr als 30 Stunden aus. Lade-/Entladezyklen. Wenn wir die Batterien durch diese Superkondensatoren ersetzen würden, könnten wir ein Smartphone nicht nur in Sekunden aufladen, sondern das würde für mehr als eine Woche Nutzung ausreichen, sagte Nitin Chowdhary, ein Mitglied des Forschungsteams, gegenüber den Medien. . Wissenschaftler aus Florida stellen Superkondensatoren aus Millionen von Mikrodrähten her, die mit einem zweidimensionalen Material beschichtet sind. Die Litzen des Kabels sind sehr gute elektrische Leiter, die ein schnelles Laden und Entladen des Kondensators ermöglichen, und das zweidimensionale Material, das sie umgibt, ermöglicht die Speicherung großer Energiemengen.
Ein ähnliches Konzept verfolgen Wissenschaftler der Universität Teheran im Iran, die poröse Kupferstrukturen in Ammoniaklösungen als Elektrodenmaterial herstellen. Die Briten wiederum setzen auf Gele, wie sie in Kontaktlinsen verwendet werden. Jemand anderes brachte die Polymere in die Werkstatt. Forschung und Konzepte sind auf der ganzen Welt endlos.
Beteiligte Wissenschaftler ELECTROGRAPH-Projekt (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), gefördert von der EU, arbeitet an der Massenproduktion von Graphen-Elektrodenmaterialien und der Anwendung umweltfreundlicher ionischer flüssiger Elektrolyte bei Raumtemperatur. Das erwarten Wissenschaftler Graphen wird Aktivkohle ersetzen (AC) wird in den Elektroden von Superkondensatoren verwendet.
Die Forscher stellten hier Graphitoxide her, spalteten sie in Graphenschichten und betteten die Schichten dann in einen Superkondensator ein. Im Vergleich zu AC-basierten Elektroden haben Graphen-Elektroden bessere Hafteigenschaften und eine höhere Energiespeicherkapazität.
Fahrgäste einsteigen - die Straßenbahn lädt
Wissenschaftszentren beschäftigen sich mit Forschung und Prototyping, und die Chinesen haben Superkondensatoren in die Praxis umgesetzt. Die Stadt Zhuzhou in der Provinz Hunan stellte kürzlich die erste in China hergestellte Straßenbahn vor, die mit Superkondensatoren (2) betrieben wird, was bedeutet, dass sie keine Oberleitung benötigt. Die Straßenbahn wird von Stromabnehmern angetrieben, die an den Haltestellen installiert sind. Eine vollständige Aufladung dauert etwa 30 Sekunden, findet also während des Ein- und Aussteigens der Passagiere statt. Dadurch kann das Fahrzeug 3-5 km ohne Fremdstrom fahren, was ausreicht, um zur nächsten Haltestelle zu gelangen. Außerdem werden beim Bremsen bis zu 85 % der Energie zurückgewonnen.
Die Möglichkeiten für den praktischen Einsatz von Superkondensatoren sind zahlreich – von Energiesystemen, Brennstoffzellen, Solarzellen bis hin zu Elektrofahrzeugen. In letzter Zeit wurde die Aufmerksamkeit von Spezialisten auf die Verwendung von Superkondensatoren in Hybrid-Elektrofahrzeugen gelenkt. Eine Polymermembran-Brennstoffzelle lädt einen Superkondensator auf, der dann elektrische Energie speichert, die zum Antreiben eines Motors verwendet wird. Die schnellen Lade-/Entladezyklen des SC können verwendet werden, um die erforderliche Spitzenleistung der Brennstoffzelle zu glätten und eine nahezu gleichmäßige Leistung bereitzustellen.
Es scheint, dass wir bereits an der Schwelle zur Superkondensator-Revolution stehen. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass es sich lohnt, Begeisterungsstürme zu zügeln, um nicht verwirrt zu werden und nicht mit einer entladenen Altbatterie in den Händen zu bleiben.
