ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ - ซุปเปอร์และอัลตร้า

ปัญหาด้านประสิทธิภาพ ความเร็ว ความจุ และความปลอดภัยของแบตเตอรี่กำลังกลายเป็นปัญหาหลักประการหนึ่งของโลก ในแง่ที่ว่าความล้าหลังในพื้นที่นี้คุกคามที่จะซบเซาอารยธรรมทางเทคนิคทั้งหมดของเรา

เราเพิ่งเขียนเกี่ยวกับการระเบิดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในโทรศัพท์ ความจุที่ยังไม่น่าพอใจและการชาร์จที่ช้าทำให้ Elon Musk หรือผู้ที่ชื่นชอบรถยนต์ไฟฟ้ารำคาญใจมากกว่าหนึ่งครั้ง เราได้ยินเกี่ยวกับนวัตกรรมต่างๆ ในด้านนี้มาหลายปีแล้ว แต่ยังไม่มีความก้าวหน้าใดที่จะให้สิ่งที่ดีกว่านี้ในการใช้ชีวิตประจำวันได้ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันได้มีการพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าสามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่เป็นตัวเก็บประจุแบบชาร์จเร็วได้ หรือเป็นรุ่น "ซุปเปอร์" แทน

เหตุใดตัวเก็บประจุธรรมดาจึงไม่หวังว่าจะมีการพัฒนา คำตอบนั้นง่าย น้ำมันเบนซิน 4 กิโลกรัมมีพลังงานประมาณ 30 กิโลวัตต์-ชั่วโมง แบตเตอรี่ในรุ่นเทสลามีพลังงานน้อยกว่า 0,1 เท่า มวลตัวเก็บประจุหนึ่งกิโลกรัมมีค่าเพียง XNUMX kWh ไม่จำเป็นต้องอธิบายว่าทำไมตัวเก็บประจุธรรมดาจึงไม่เหมาะกับบทบาทใหม่ ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทันสมัยจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นหลายร้อยเท่า

supercapacitor หรือ ultracapacitor เป็นตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ชนิดหนึ่งที่เมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์แบบคลาสสิก มีความจุไฟฟ้าสูงมาก (ตามลำดับหลายพันฟารัด) โดยมีแรงดันไฟฟ้าทำงาน 2-3 V. ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของตัวเก็บประจุยิ่งยวดคือ เวลาในการชาร์จและการคายประจุที่สั้นมาก เมื่อเทียบกับอุปกรณ์เก็บพลังงานอื่นๆ (เช่น แบตเตอรี่) นี้ช่วยให้คุณเพิ่มแหล่งจ่ายไฟไปยัง น้ำหนักตัวเก็บประจุ 10 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม.

หนึ่งในรุ่นของ ultracapacitors ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด

ความสำเร็จในห้องปฏิบัติการ

หลายเดือนที่ผ่านมาได้นำข้อมูลมากมายเกี่ยวกับต้นแบบ supercapacitor ใหม่มาใช้ เมื่อปลายปี 2016 เราได้เรียนรู้ว่ากลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Central Florida ได้ก่อตั้ง กระบวนการใหม่สำหรับการสร้างซุปเปอร์คาปาซิเตอร์, ประหยัดพลังงานมากกว่าและทนได้มากกว่า 30 XNUMX. รอบการชาร์จ/การคายประจุ ถ้าเราเปลี่ยนแบตเตอรี่ด้วย supercapacitors เหล่านี้ ไม่เพียงแต่เราจะสามารถชาร์จสมาร์ทโฟนได้ภายในไม่กี่วินาทีเท่านั้น แต่ยังเพียงพอสำหรับการใช้งานมากกว่าหนึ่งสัปดาห์ Nitin Chowdhary สมาชิกทีมวิจัยกล่าวกับสื่อ . นักวิทยาศาสตร์ฟลอริดาสร้าง supercapacitors จาก microwires หลายล้านเส้นที่เคลือบด้วยวัสดุสองมิติ เกลียวของสายเคเบิลเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก ทำให้สามารถชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุได้อย่างรวดเร็ว และวัสดุสองมิติที่หุ้มไว้ช่วยให้เก็บพลังงานจำนวนมากได้

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเตหะรานในอิหร่าน ซึ่งผลิตโครงสร้างทองแดงที่มีรูพรุนในสารละลายแอมโมเนียเป็นวัสดุอิเล็กโทรด ยึดแนวคิดที่คล้ายกันบ้าง ในทางกลับกัน คนอังกฤษก็เลือกใช้เจลแบบเดียวกับที่ใช้ในคอนแทคเลนส์ คนอื่นนำโพลีเมอร์ไปที่เวิร์กช็อป การวิจัยและแนวคิดไม่มีที่สิ้นสุดทั่วโลก

นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องใน โครงการ ELECTROGRAPH (อิเล็กโทรดที่ใช้กราฟีนสำหรับการใช้งานซุปเปอร์คาปาซิเตอร์) ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป กำลังทำงานเกี่ยวกับการผลิตวัสดุอิเล็กโทรดกราฟีนจำนวนมากและการประยุกต์ใช้อิเล็กโทรไลต์ของเหลวไอออนิกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่อุณหภูมิห้อง นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่า กราฟีนจะมาแทนที่ถ่านกัมมันต์ (AC) ใช้ในอิเล็กโทรดของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์

นักวิจัยได้ผลิตกราไฟท์ออกไซด์ที่นี่ แยกออกเป็นแผ่นกราฟีน จากนั้นจึงฝังแผ่นลงในตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ เมื่อเทียบกับอิเล็กโทรดแบบไฟฟ้ากระแสสลับ อิเล็กโทรดแบบกราฟีนมีคุณสมบัติการยึดเกาะที่ดีกว่าและความจุในการจัดเก็บพลังงานที่สูงขึ้น

ผู้โดยสารขึ้นเครื่อง - รถรางกำลังชาร์จ

ศูนย์วิทยาศาสตร์มีส่วนร่วมในการวิจัยและการสร้างต้นแบบ และจีนได้นำ supercapacitors ไปใช้จริง เมืองจูโจว มณฑลหูหนาน เพิ่งเปิดตัวรถรางที่ผลิตในจีนคันแรกที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเก็บประจุพิเศษ (2) ซึ่งหมายความว่าไม่ต้องมีสายเหนือศีรษะ รถรางขับเคลื่อนด้วยเครื่องคัดลอกที่ติดตั้งไว้ที่ป้ายจอด การชาร์จจนเต็มจะใช้เวลาประมาณ 30 วินาที ดังนั้นมันจะเกิดขึ้นในระหว่างการขึ้นและลงของผู้โดยสาร ทำให้รถสามารถเดินทางได้ 3-5 กม. โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าจากภายนอก ซึ่งเพียงพอสำหรับไปยังป้ายถัดไป นอกจากนี้ยังสามารถกู้คืนพลังงานได้มากถึง 85% เมื่อเบรก

ความเป็นไปได้สำหรับการใช้งานซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ในทางปฏิบัติมีมากมาย ตั้งแต่ระบบพลังงาน เซลล์เชื้อเพลิง เซลล์แสงอาทิตย์ ไปจนถึงยานยนต์ไฟฟ้า เมื่อเร็ว ๆ นี้ ผู้เชี่ยวชาญให้ความสนใจกับการใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ในรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริด เซลล์เชื้อเพลิงโพลีเมอร์ไดอะแฟรมจะชาร์จซูเปอร์คาปาซิเตอร์ ซึ่งจะเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เป็นกำลังให้กับเครื่องยนต์ รอบการชาร์จ/การคายประจุที่รวดเร็วของ SC สามารถใช้เพื่อทำให้กำลังสูงสุดที่จำเป็นของเซลล์เชื้อเพลิงราบรื่นขึ้น โดยให้ประสิทธิภาพที่เกือบเท่ากัน

ดูเหมือนว่าเราอยู่บนธรณีประตูของการปฏิวัติซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แล้ว ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าควรค่าแก่การควบคุมความกระตือรือร้นมากเกินไปเพื่อไม่ให้สับสนและไม่ต้องทิ้งแบตเตอรี่เก่าไว้ในมือ