Supercapacitors - super na hata ultra
Suala la ufanisi wa betri, kasi, uwezo na usalama sasa linakuwa moja ya shida kuu za ulimwengu. Kwa maana kwamba maendeleo duni katika eneo hili yanatishia kudumaza ustaarabu wetu wote wa kiufundi.
Hivi majuzi tuliandika juu ya kulipuka kwa betri za lithiamu-ion kwenye simu. Uwezo wao ambao bado hauridhishi na uchaji polepole hakika umemkasirisha Elon Musk au shabiki mwingine yeyote wa gari la umeme zaidi ya mara moja. Tumekuwa tukisikia kuhusu ubunifu mbalimbali katika eneo hili kwa miaka mingi, lakini bado hakuna mafanikio ambayo yanaweza kutoa kitu bora zaidi katika matumizi ya kila siku. Hata hivyo, kwa muda sasa kumekuwa na mazungumzo mengi juu ya ukweli kwamba betri zinaweza kubadilishwa na capacitors za malipo ya haraka, au tuseme toleo lao "super".
Kwa nini capacitors wa kawaida hawana matumaini ya mafanikio? Jibu ni rahisi. Kilo ya petroli ni takriban 4. kilowatt-saa za nishati. Betri katika mfano wa Tesla ina nishati chini ya mara 30. Kilo ya molekuli ya capacitor ni 0,1 kWh tu. Hakuna haja ya kueleza kwa nini capacitors ya kawaida haifai kwa jukumu jipya. Uwezo wa betri ya kisasa ya lithiamu-ion unapaswa kuwa mara mia kadhaa.
Supercapacitor au ultracapacitor ni aina ya capacitor electrolytic ambayo, ikilinganishwa na capacitor classical electrolytic, ina uwezo wa juu sana wa umeme (kwa utaratibu wa faradi elfu kadhaa), na voltage ya uendeshaji ya 2-3 V. Faida kubwa ya supercapacitors ni muda mfupi sana wa kuchaji na kutoa ikilinganishwa na vifaa vingine vya kuhifadhi nishati (k.m. betri). Hii hukuruhusu kuongeza usambazaji wa umeme kwa 10 kW kwa kilo ya uzito wa capacitor.
Moja ya mifano ya ultracapacitors inapatikana kwenye soko.
Mafanikio katika maabara
Miezi ya hivi karibuni imeleta habari nyingi kuhusu prototypes mpya za supercapacitor. Mwishoni mwa 2016, tulijifunza, kwa mfano, kwamba kikundi cha wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Central Florida kiliunda. mchakato mpya wa kuunda supercapacitors, kuokoa nishati zaidi na kuhimili zaidi ya 30 XNUMX. mizunguko ya malipo / kutokwa. Ikiwa tungebadilisha betri na hizi supercapacitors, sio tu kwamba tutaweza kuchaji simu mahiri kwa sekunde, lakini hiyo ingetosha kwa zaidi ya wiki moja ya matumizi, Nitin Chowdhary, mwanachama wa timu ya utafiti, aliambia vyombo vya habari. . . Wanasayansi wa Florida huunda supercapacitors kutoka kwa mamilioni ya maikrofoni iliyofunikwa na nyenzo za pande mbili. Kamba za cable ni waendeshaji mzuri sana wa umeme, kuruhusu malipo ya haraka na kutokwa kwa capacitor, na nyenzo mbili-dimensional zinazowafunika huruhusu uhifadhi wa kiasi kikubwa cha nishati.
Wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Tehran nchini Iran, ambao hutengeneza miundo ya shaba yenye vinyweleo katika miyeyusho ya amonia kama nyenzo ya elektrodi, hufuata dhana inayofanana kwa kiasi fulani. Waingereza, kwa upande wao, huchagua jeli kama zile zinazotumika kwenye lensi za mawasiliano. Mtu mwingine alichukua polima kwenye semina. Utafiti na dhana hazina mwisho duniani kote.
Wanasayansi wanaohusika katika mradi wa ELECTROGRAPH (Electrodi Zinazotokana na Graphene kwa Programu za Supercapacitor), zinazofadhiliwa na EU, imekuwa ikifanya kazi katika utengenezaji wa wingi wa nyenzo za elektrodi za graphene na utumiaji wa elektroliti za kioevu za ioni ambazo ni rafiki kwa mazingira kwenye joto la kawaida. Wanasayansi wanatarajia hilo graphene itachukua nafasi ya kaboni iliyoamilishwa (AC) hutumiwa katika electrodes ya supercapacitors.
Watafiti walizalisha oksidi za grafiti hapa, waligawanyika katika karatasi za graphene, na kisha kupachika karatasi kwenye supercapacitor. Ikilinganishwa na elektrodi zenye msingi wa AC, elektrodi za graphene zina sifa bora za wambiso na uwezo wa juu wa kuhifadhi nishati.
Abiria wa kupanda - tramu inachaji
Vituo vya utafiti vinahusika katika utafiti na prototyping, na Wachina wameweka supercapacitors katika vitendo. Jiji la Zhuzhou, Mkoa wa Hunan, hivi majuzi lilizindua tramu ya kwanza iliyotengenezwa na Wachina inayoendeshwa na supercapacitors (2), ambayo inamaanisha haihitaji laini ya juu. Tramu inaendeshwa na pantografu zilizowekwa kwenye vituo. Chaji kamili huchukua kama sekunde 30, kwa hivyo hufanyika wakati wa kupanda na kushuka kwa abiria. Hii inaruhusu gari kusafiri kilomita 3-5 bila nguvu ya nje, ambayo inatosha kupata kituo kinachofuata. Kwa kuongeza, inapata hadi 85% ya nishati wakati wa kuvunja.
Uwezekano wa matumizi ya vitendo ya supercapacitors ni nyingi - kutoka kwa mifumo ya nishati, seli za mafuta, seli za jua hadi magari ya umeme. Hivi karibuni, tahadhari ya wataalam imekuwa riveted kwa matumizi ya supercapacitors katika magari ya mseto umeme. Seli ya mafuta ya polymer diaphragm huchaji chembe kubwa ya umeme, ambayo kisha huhifadhi nishati ya umeme inayotumika kuwasha injini. Mizunguko ya haraka ya kuchaji/kutokwa kwa SC inaweza kutumika kulainisha nguvu inayohitajika ya kilele cha seli ya mafuta, ikitoa utendakazi karibu sawa.
Inaonekana kwamba tayari tuko kwenye kizingiti cha mapinduzi ya supercapacitor. Uzoefu unaonyesha, hata hivyo, kwamba inafaa kuzuia shauku nyingi ili usichanganyike na usiachwe na betri ya zamani iliyotolewa mikononi mwako.
