Supercapacitors - super a hyd yn oed ultra
Mae mater effeithlonrwydd batri, cyflymder, gallu a diogelwch bellach yn dod yn un o'r prif broblemau byd-eang. Yn yr ystyr bod tanddatblygiad yn y maes hwn yn bygwth marweiddio ein gwareiddiad technegol cyfan.
Yn ddiweddar, ysgrifennon ni am ffrwydro batris lithiwm-ion mewn ffonau. Mae eu gallu dal yn anfoddhaol a gwefru araf yn sicr wedi cythruddo Elon Musk neu unrhyw un arall sy'n frwd dros gerbydau trydan fwy nag unwaith. Rydym wedi bod yn clywed am wahanol ddatblygiadau arloesol yn y maes hwn ers blynyddoedd lawer, ond nid oes datblygiad arloesol o hyd a fyddai'n rhoi rhywbeth gwell i'w ddefnyddio bob dydd. Fodd bynnag, ers cryn amser bellach bu llawer o sôn am y ffaith y gellir disodli batris â chynwysorau sy'n codi tâl cyflym, neu yn hytrach eu fersiwn "super".
Pam nad yw cynwysyddion cyffredin yn gobeithio am ddatblygiad arloesol? Mae'r ateb yn syml. Mae cilogram o gasoline tua 4. cilowat-awr o ynni. Mae gan y batri yn y model Tesla tua 30 gwaith yn llai o ynni. Dim ond 0,1 kWh yw cilogram o fàs cynhwysydd. Nid oes angen esbonio pam nad yw cynwysyddion cyffredin yn addas ar gyfer rôl newydd. Byddai'n rhaid i gynhwysedd batri lithiwm-ion modern fod gannoedd o weithiau'n fwy.
Mae supercapacitor neu ultracapacitor yn fath o gynhwysydd electrolytig sydd, o'i gymharu â chynwysorau electrolytig clasurol, â chynhwysedd trydanol hynod o uchel (ar orchymyn sawl mil o farads), gyda foltedd gweithredu o 2-3 V. Y fantais fwyaf o supercapacitors yw amseroedd codi tâl a rhyddhau byr iawn o gymharu â dyfeisiau storio ynni eraill (e.e. batris). Mae hyn yn caniatáu ichi gynyddu'r cyflenwad pŵer i 10 kW fesul cilogram o bwysau cynhwysydd.
Un o'r modelau o ultracapacitors sydd ar gael ar y farchnad.
Llwyddiannau mewn labordai
Mae'r misoedd diwethaf wedi dod â llawer o wybodaeth am brototeipiau supercapacitor newydd. Ar ddiwedd 2016, fe wnaethom ddysgu, er enghraifft, bod grŵp o wyddonwyr o Brifysgol Central Florida wedi creu proses newydd ar gyfer creu supercapacitors, gan arbed mwy o ynni a gwrthsefyll mwy na 30 XNUMX. cylchoedd gwefru/rhyddhau. Pe baem yn disodli'r batris gyda'r uwch-gynwysyddion hyn, nid yn unig y byddem yn gallu gwefru ffôn clyfar mewn eiliadau, ond byddai hynny'n ddigon am fwy nag wythnos o ddefnydd, meddai Nitin Chowdhary, aelod o'r tîm ymchwil, wrth y cyfryngau. . Mae gwyddonwyr Florida yn creu cynwysorau uwch o filiynau o ficrowifrau wedi'u gorchuddio â deunydd dau ddimensiwn. Mae llinynnau'r cebl yn ddargludyddion trydan da iawn, gan ganiatáu ar gyfer gwefru a gollwng y cynhwysydd yn gyflym, ac mae'r deunydd dau ddimensiwn sy'n eu gorchuddio yn caniatáu storio llawer iawn o ynni.
Mae gwyddonwyr o Brifysgol Tehran yn Iran, sy'n cynhyrchu strwythurau copr mandyllog mewn hydoddiannau amonia fel deunydd electrod, yn cadw at gysyniad braidd yn debyg. Mae'r Prydeinwyr, yn eu tro, yn dewis geliau fel y rhai a ddefnyddir mewn lensys cyffwrdd. Aeth rhywun arall â'r polymerau i'r gweithdy. Mae ymchwil a chysyniadau yn ddiddiwedd ledled y byd.
Mae gwyddonwyr yn ymwneud â prosiect ELECTROGRAFF (Electronau Seiliedig ar Graffen ar gyfer Cymwysiadau Supercapacitor), a ariennir gan yr UE, wedi bod yn gweithio ar gynhyrchu màs deunyddiau electrod graphene a chymhwyso electrolytau hylif ïonig sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd ar dymheredd ystafell. Mae gwyddonwyr yn disgwyl hynny bydd graphene yn disodli carbon wedi'i actifadu (AC) yn cael ei ddefnyddio yn yr electrodau o supercapacitors.
Cynhyrchodd yr ymchwilwyr ocsidau graffit yma, eu rhannu'n ddalennau o graphene, ac yna gosod y dalennau i mewn i uwch-gynhwysydd. O'i gymharu ag electrodau sy'n seiliedig ar AC, mae gan electrodau graphene briodweddau gludiog gwell a chynhwysedd storio ynni uwch.
Mynd ar fwrdd teithwyr - mae'r tram yn gwefru
Mae canolfannau gwyddoniaeth yn ymwneud ag ymchwil a phrototeipio, ac mae'r Tsieineaid wedi rhoi supercapacitors ar waith. Yn ddiweddar, dadorchuddiodd dinas Zhuzhou, Talaith Hunan, y tram cyntaf o wneuthuriad Tsieineaidd wedi'i bweru gan uwchgynwysyddion (2), sy'n golygu nad oes angen llinell uwchben. Mae'r tram yn cael ei bweru gan bantograffau wedi'u gosod mewn arosfannau. Mae tâl llawn yn cymryd tua 30 eiliad, felly mae'n digwydd wrth i deithwyr fynd ar fwrdd a glanio. Mae hyn yn caniatáu i'r cerbyd deithio 3-5 km heb bŵer allanol, sy'n ddigon i gyrraedd y stop nesaf. Yn ogystal, mae'n adennill hyd at 85% o ynni wrth frecio.
Mae'r posibiliadau ar gyfer defnydd ymarferol o supercapacitors yn niferus - o systemau ynni, celloedd tanwydd, celloedd solar i gerbydau trydan. Yn ddiweddar, mae sylw arbenigwyr wedi cael ei rivetio i'r defnydd o supercapacitors mewn cerbydau trydan hybrid. Mae cell danwydd diaffram polymer yn gwefru uwch-gynhwysydd, sydd wedyn yn storio ynni trydanol a ddefnyddir i bweru injan. Gellir defnyddio cylchoedd gwefru/rhyddhau cyflym y SC i lyfnhau pŵer brig gofynnol y gell danwydd, gan ddarparu perfformiad bron yn unffurf.
Mae'n ymddangos ein bod eisoes ar drothwy'r chwyldro supercapacitor. Mae profiad yn dangos, fodd bynnag, ei bod yn werth atal gormodedd o frwdfrydedd er mwyn peidio â drysu a pheidio â chael eich gadael gyda hen fatri wedi'i ollwng yn eich dwylo.
