Новые накопители энергии

Начнем с того, что между выработкой, транспортировкой и потреблением электрической энергии есть промежуточный этап, накопление и сохранение энергии. К сожалению, этому этапу уделялось недостаточно внимания. Но в связи с экологическими проблемами (сжигание углеводородов), постоянным ростом цены на ископаемое топливо и интенсивным развитием альтернативной энергетики появилась большая потребность в новых накопителях энергии.

Всем известный свинцовый аккумулятор вот уже более века исправно служит в качестве такого запаса энергии. На смену ему пришли литиево-ионные аккумуляторы, но и они по своим характеристикам не отвечают сегодняшним требованиям бурно развивающемуся электротранспорту. И вот одна из новинок в этом направлении, о котором пойдет сегодня рассказ, это суперконденсаторы.

В двух словах о суперконденсаторе

Суперконденсаторы — это устройства нового типа, умеющие запасать недоступное ранее количество электроэнергии. В мире нынче развернулась настоящая гонка по увеличению ёмкости и мощности таких конденсаторов.

Из физики известно, обыкновенный конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных слоем диэлектрика. Чем больше площадь пластин, и чем меньше расстояние между ними, тем выше емкость. На практике слишком уменьшать толщину диэлектрика нельзя – может наступить его пробой, и конденсатор выйдет из строя. Увеличение площади пластин означает, увы, значительное увеличение габаритов прибора.

Однако современная техника требует создания устройств, умеющих запасать все большее и большее количество энергии, и к тому же способных быстро отдавать ее обратно. Ученые предложили делать электроды пористыми — тем самым увеличивается их полезная площадь. Эта идея, подкрепленная современными материалами со сверхмалыми порами (нанопорами), привела к разработке нового типа устройств — суперконденсаторов.

Киевляне освоили новую технологию

Среди ученых, которые интенсивно занимаются совершенствованием технологии изготовления суперконденсаторов, я обнаружил ученого, соотечественника Юрия Малетина. Встретившись с ним я был приятно удивлен, что лучшие в мире суперконденсаторы изготавливаются в Киеве. Информацию о современных накопителях энергии, устами автора я повествую ниже.

По словам Юрия, согласно разработанной и запатентованной технологии, изготовление электродов суперконденсатора представляет собой сформированную особым образом массу, нанесенную на металлическую фольгу. Поры в этом материале имеют размеры от 1 до 2 нанометров, поэтому электроды имеют громадную поверхность — до 2000 кв.м/г. Разнополярные электроды предохраняются от замыкания между собой с помощью так называемого сепаратора – слоя пористого диэлектрика, проницаемого для электролита. Электроды и сепаратор пропитывают этим электролитом и помещают в герметичный корпус. При этом удается достичь огромной емкости – до 10 фарад на кубический сантиметр!

Это в 1 000 – 10 000 раз выше, чем в обычных конденсаторах.

Нашу продукцию, продолжает автор, оценили эксперты из Института транспортных исследований (США) и они подтверждают, что на сегодня конденсаторам, которые мы производим, нет равных. Их удельная мощность составила 3216 Вт/кг, в то время как у лучших зарубежных аналогов она не превышает 2050 Вт/кг – у фирмы Boostcap (Франция) и 1400 Вт/кг – у компании LsCable (Южная Корея).

Мощность — это количество энергии в единицу времени. А удельная мощность — это энергия в единицу времени, рассчитанная на единицу массы. И если по общей емкости конденсаторов все производители идут примерно «в ногу» (их показатели отличаются на 10-20%), но по удельной мощности наши устройства впереди — они способны отдавать запасенное электричество с максимальной скоростью по сравнению с другими образцами.

Такой результат достигнут, благодаря снижению внутреннего сопротивления конденсаторов. С ним сражаются все разработчики, но нам удалось решить проблему сопротивления лучше, чем другим. Весной прошлого года, после очередной модернизации технологического процесса, наши суперконденсаторы, как показала новая экспертиза Института транспортных исследований, показали характеристики, в три раза превышающие результаты конкурентов.

И наша продукция востребована. Такие устройства уже сейчас находят широкое применение. Прежде всего, это конструирование электромобилей, где суперконденсаторы ставятся в параллель к аккумуляторам. Дело в том, что для покрытия импульсных нагрузок выгодней использовать суперконденсатор, а если нужно, чтобы источник питания работал многие минуты или часы, то предпочтительней аккумулятор.

Можно использовать суперконденсаторы при низких и очень низких температурах – у них сохраняется работоспособность, в то время как у аккумуляторов она резко падает. Их выгодно ставить и при обычных бензиновых моторах, с использованием системы «Старт-стоп». Обычные аккумуляторы позволяют экономить около 10% топлива, а «старт-стопы» на конденсаторах – до 30-40%.

Кроме того, уже с 2001 года в мире выпускают гибридные автомобили – они работают и от ДВС, и от электромоторов. Последние гибриды позволяют проехать сотни километров без двигателя внутреннего сгорания. Здесь рынок суперконденсаторов оценивается во многие сотни миллионы долларов.

Сейчас наше предприятие выпускает партии суперконденсаторов емкостью до 1800 фарад. А раньше делали приборы емкостью даже до 3 500 фарад. Такие характеристики зависят от того, что нужно потребителю. Впрочем, большая емкость нынче не проблема. В Китае уже производят суперконденсаторы на 100 000 фарад, но, правда, они имеют намного большие размеры. И они предназначены для коммунального экологически чистого электротранспорта.

Заканчивая короткую информацию о новых накопителях энергии из первых уст, мне остается констатировать, что современные технологии позволяют реально снизить выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, за счет альтернативного электротранспорта и все большее введение в энергобаланс различных стран возобновляемых источников энергии. И эффективным элементом в этом процессе являются суперконденсаторы.

Понравилась статья, поделись с друзьями. Комментарии приветствуются