Supercondensatoren - super en zelfs ultra
De kwestie van batterij-efficiëntie, snelheid, capaciteit en veiligheid wordt momenteel een van de belangrijkste mondiale problemen. In de zin dat de onderontwikkeling op dit gebied de stagnatie van onze gehele technische beschaving bedreigt.
We schreven onlangs over exploderende lithium-ionbatterijen in telefoons. Hun nog steeds onbevredigende capaciteit en het trage opladen hebben Elon Musk en welke andere EV-liefhebber dan ook zeker meer dan eens geïrriteerd. We horen al jaren over verschillende innovaties op dit gebied, maar er is nog geen doorbraak die iets beters zou bieden in het dagelijks gebruik. Er wordt echter al geruime tijd veel gesproken over het feit dat batterijen kunnen worden vervangen door snelladende condensatoren, of beter gezegd hun “super”-versie.
Waarom hopen gewone condensatoren niet op een doorbraak? Het antwoord is eenvoudig. Een kilogram benzine staat gelijk aan ongeveer 4 kilowattuur energie. De batterij in het Tesla-model heeft ongeveer 30 keer minder energie. Een kilogram condensatormassa is slechts 0,1 kWh. Het is niet nodig uit te leggen waarom conventionele condensatoren niet geschikt zijn voor deze nieuwe rol. De condensatorcapaciteit van een moderne lithium-ionbatterij zou honderden keren groter moeten zijn.
Een supercondensator of ultracondensator is een type elektrolytische condensator die, vergeleken met klassieke elektrolytische condensatoren, een extreem hoge elektrische capaciteit heeft (in de orde van enkele duizenden farads), met een bedrijfsspanning van 2-3 V. Het grootste voordeel van supercondensatoren is zeer korte laad- en ontlaadtijden vergeleken met andere energieopslagapparaten (bijv. batterijen). Hiermee kunt u de stroomvoorziening vergroten tot wel 10 kW per kilogram condensatorgewicht.
Een van de ultracondensatormodellen die op de markt verkrijgbaar zijn.
Prestaties in laboratoria
De afgelopen maanden is er veel informatie gekomen over nieuwe prototypes van supercondensatoren. Eind 2016 vernamen we bijvoorbeeld dat een groep wetenschappers van de University of Central Florida nieuw proces voor het maken van supercondensatoren, bespaart meer energie en is bestand tegen meer dan 30. laad-/ontlaadcycli. Als we de batterijen zouden vervangen door deze supercondensatoren, zouden we niet alleen een smartphone binnen enkele seconden kunnen opladen, maar zou hij ook meer dan een week meegaan, vertelde Nitin Choudhary, lid van het onderzoeksteam, aan de media. . Wetenschappers uit Florida maken supercondensatoren van miljoenen microgeleiders die zijn bedekt met een tweedimensionaal materiaal. De kernen van de kabel geleiden elektriciteit zeer goed, waardoor de condensator snel kan worden opgeladen en ontladen, en dankzij het tweedimensionale materiaal dat ze bedekt, kunnen grote hoeveelheden energie worden opgeslagen.
Wetenschappers van de Universiteit van Teheran in Iran, die poreuze koperstructuren in ammoniakoplossingen als elektrodemateriaal produceren, hebben een enigszins vergelijkbaar concept. De Britten kiezen op hun beurt voor gels die lijken op de gels die in contactlenzen worden gebruikt. Iemand anders nam de polymeren mee naar de werkplaats. Het onderzoek en de concepten zijn eindeloos over de hele wereld.
Wetenschappers die meedoen ELEKTROGRAAF-project (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), gefinancierd door de EU, heeft gewerkt aan de massaproductie van grafeenelektrodematerialen en de toepassing van milieuvriendelijke ionische vloeibare elektrolyten bij kamertemperatuur. Dat verwachten wetenschappers grafeen zal actieve kool vervangen (AC) wordt gebruikt in supercondensatorelektroden.
De onderzoekers produceerden hier grafietoxiden, splitsten ze in grafeenplaten en integreerden de platen vervolgens in een supercondensator. Vergeleken met AC-gebaseerde elektroden hebben grafeenelektroden betere kleefeigenschappen en een hogere energieopslagcapaciteit.
Instappende passagiers - de tram laadt op
Onderzoekscentra houden zich bezig met onderzoek en prototyping, en de Chinezen hebben supercondensatoren in de praktijk gebracht. De stad Zhuzhou, in de provincie Hunan, heeft onlangs de eerste tram van Chinese makelij onthuld die wordt aangedreven door supercondensatoren (2), wat betekent dat er geen bovenleiding nodig is. De tram krijgt energie van stroomafnemers die bij haltes zijn geïnstalleerd. Volledig opladen duurt ongeveer 30 seconden, dus dit gebeurt terwijl passagiers in- en uitstappen. Hierdoor kan het voertuig 3-5 km afleggen zonder externe stroomvoorziening, wat voldoende is om de volgende stop te bereiken. Bovendien recupereert het tot 85% van de energie tijdens het remmen.
De mogelijkheden voor het praktische gebruik van supercondensatoren zijn talrijk - van energiesystemen, brandstofcellen, zonnecellen tot elektrische voertuigen. Onlangs is de aandacht van specialisten gevestigd op het gebruik van supercondensatoren in hybride elektrische voertuigen. De brandstofcel met polymeermembraan laadt een supercondensator op, die vervolgens de elektrische energie opslaat die wordt gebruikt om de motor aan te drijven. Er kunnen snelle SC-laad-/ontlaadcycli worden gebruikt om het vereiste piekvermogen van de brandstofcel af te vlakken, waardoor vrijwel uniforme prestaties worden verkregen.
Het lijkt erop dat we al aan de vooravond staan van een supercondensatorrevolutie. De ervaring leert echter dat het de moeite waard is om overmatig enthousiasme in bedwang te houden, om niet in de war te raken en niet met een lege oude batterij in je handen te blijven zitten.
