Super dideli kondensatoriai. Šaltas vidaus degimo variklio užvedimas. Įdiegę Titan modulį su hibridiniu jungties tipu, galėsite

Superkondensatoriai vis dažniau tampa esminiu automobilių elektroninių sistemų komponentu. Superkondensatorius automobiliui išsprendžia variklio užvedimo problemą ir taip sumažina akumuliatoriaus apkrovą. Be to, optimizuojant laidų schemas sumažinamas transporto priemonės svoris.
Superkondensatoriai plačiai naudojami hibridinių automobilių gamyboje. Jų generatoriaus darbas priklauso nuo vidaus degimo variklio, o automobilis varomas elektros varikliais. Tokios schemos automobilio superkondensatorius yra greitai gaunamos energijos šaltinis pradedant judėti ir įsibėgėjant. Stabdymo metu pavara įkraunama.
Šiais laikais vietoj baterijos superkondensatorius naudojamas tik iš dalies. Tačiau artimiausiu metu visiškas pakeitimas greičiausiai taps realus, nes mokslininkai aktyviai kuria tokias technologijas.

Kada varikliui užvesti reikia superkondensatoriaus?
Superkondensatorius automobiliui reikalingas tais atvejais, kai yra rizika, kad standartinis akumuliatorius nesusitvarkys su vidaus degimo variklio užvedimo užduotimi. Pavyzdžiui, automobilio superkondensatorius padeda šiose situacijose:
- dažnai keliaujant trumpais atstumais, akumuliatorius nuolat per mažai įkrautas;
- akumuliatoriaus energijos neužtenka varikliui užvesti. Dažniausiai ši problema iškyla žiemą;
- norint pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką, būtina sumažinti didžiausią akumuliatoriaus apkrovą.
Net kai baterija visiškai neveikia, kai kurie vietoj baterijos naudoja superkondensatorių. Tai išsprendžia variklio užvedimo problemą, o ateityje borto tinklas bus maitinamas daugiausia iš generatoriaus. Tačiau superkondensatorių vietoj akumuliatoriaus rekomenduojama naudoti tik avariniu režimu, kol atsiras galimybė įdėti naują bateriją.
Įprastoje situacijoje superkondensatorius naudojamas varikliui užvesti tokiu formatu. Jis yra prijungtas lygiagrečiai su akumuliatoriumi ir perima pagrindinę apkrovą paleidimo metu. Atsilikęs starteris gali naudoti labai didelę srovę (šimtus amperų). Būtent ši pradinė fiksuoto starterio ir alkūninio veleno paleidimo srovė bus generuojama automobiliui. Suteikus pagrindinę apkrovą, superkondensatorius kartu su baterija užves variklį tylesniu režimu.
Automobilio jonizatoriai ne tik prailgina akumuliatoriaus veikimo laiką, bet ir teigiamai veikia borto elektronikos veikimą. Naudojant superkondensatorius automobiliams, sumažėja įtampos kritimas užvedimo metu, todėl visi elektroniniai komponentai dirba stabilesniu režimu. Dėl tos pačios priežasties pagerėjo uždegimo sistemos veikimas.
Važiuojant automobilio akumuliatoriaus ir superkondensatoriaus pluoštas išlygins įtampos kritimus, atsirandančius borto tinkle. Jie atsiranda dėl to, kaip skirtingi elektros įrenginiai elgiasi esant skirtingoms apkrovoms ir variklio sūkiams. Superkondensatoriaus buvimas grandinėje sumažina neigiamą tokių viršįtampių poveikį. Norėdami sužinoti daugiau apie galimybę vietoj akumuliatoriaus naudoti superkondensatorių, taip pat lygiagrečiai su juo, galite susisiekti su mūsų konsultantais.

Šiandien baterijų technologija gerokai pažengė į priekį ir yra sudėtingesnė nei per pastarąjį dešimtmetį. Tačiau kol kas įkraunamos baterijos išlieka sunaudojama medžiaga, nes jų ištekliai yra trumpi.

Idėja naudoti kondensatorių energijai kaupti ir kaupti nėra nauja ir buvo atlikti pirmieji eksperimentai su elektrolitiniais kondensatoriais. Elektrolitinių kondensatorių talpa gali būti nemaža – šimtai tūkstančių mikrofaradų, bet vis tiek to neužtenka tiekti apkrovai ilgam laikui, nors ir ne didelei, be to, dėl konstrukcinių ypatumų yra didelė nuotėkio srovė.

Šiuolaikinės technologijos nestovėkite vietoje, o superkondensatorius buvo išrastas, tai yra kondensatorius, jis turi ypač didelę talpą - nuo faradų vienetų iki dešimčių tūkstančių faradų. Farad kondensatoriai naudojami nešiojamojoje elektronikoje, kad būtų tiekiamas nepertraukiamas maitinimas silpnos srovės grandinėms, pavyzdžiui, mikrovaldikliui. Dešimčių tūkstančių faradų talpos superkondensatoriai naudojami kartu su baterijomis įvairiems elektros varikliams maitinti. Šioje kombinacijoje superkondensatorius sumažina akumuliatorių apkrovą, o tai ženkliai padidina jų akumuliatoriaus tarnavimo laiką ir tuo pačiu padidina paleidimo srovę, kurią gali tiekti hibridinio variklio maitinimo sistema.

Reikėjo įjungti temperatūros jutiklį, kad nebūtų pakeista jame esanti baterija. Jutiklis maitinamas AA baterija ir įsijungia, kad siųstų duomenis į meteorologinę stotį kartą per 40 sekundžių. Siuntimo metu jutiklis vidutiniškai sunaudoja 6 mA 2 sekundes.

Kilo mintis panaudoti saulės bateriją ir superkondensatorių. Remiantis nustatytomis jutiklio vartojimo charakteristikomis, buvo paimti šie elementai:
1. 5 voltų saulės baterija ir maždaug 50 mA srovė (sovietinės gamybos saulės baterija, maždaug 15 metų senumo)
2. Superkondensatorius: 5,5 volto Panasonic ir 1 faradas.
3. Jonizatoriai 2 vnt: DMF 5,5 V ir bendra talpa 1 faradas.
4. Šotkio diodas su nuolatiniu įtampos kritimu esant žemai 0,3 V srovei.
Schottky diodas yra būtinas, kad būtų išvengta talpos iškrovimo per saulės kolektorių.
Superkondensatoriai yra sujungti lygiagrečiai, o bendra talpa yra 2 faradai.

1 nuotrauka.

1 eksperimentas- Prijungiau mikrovaldiklį su monochrominiu LCD ekranu, kurio bendras srovės suvartojimas 500 μA. Nors mikrovaldiklis su ekranu veikė, bet pastebėjau, kad seni saulės elementai buvo itin neefektyvūs, pavėsyje įkrovimo srovės neužteko superkondensatoriams išvis įkrauti, pavėsyje esančios 5 voltų saulės baterijos įtampa buvo mažesnė nei 2 voltų. (Kažkodėl nuotraukoje nerodomas mikrovaldiklis su ekranu).

2 eksperimentas
Siekdamas padidinti sėkmės tikimybę, iš radijo rinkos įsigijau naujus 2 V nominalios vertės, 40 mA ir 100 mA srovės saulės elementus, pagamintus Kinijoje, užpildytus optine derva. Palyginimui, šios baterijos pavėsyje jau išdavė 1,8 volto, su ne didele įkrovimo srove, bet vis tiek daug geriau įkraunantis superkondensatorius.
Sulitavus konstrukciją jau su nauja baterija, su Schottky diodu ir kondensatoriais padejau ant palanges, kad kondensatorius pasikrautu.
Nepaisant to, kad saulės spinduliai tiesiai į akumuliatorių nepalietė, po 10 minučių kondensatorius buvo įkrautas iki 1,95 V. Jis paėmė temperatūros jutiklį, išėmė iš jo akumuliatorių ir sujungė superkondensatorių su saulės baterija prie baterijos skyriaus kontaktų.

2 nuotrauka.

Temperatūros jutiklis iškart pradėjo veikti ir perdavė kambario temperatūrą į meteorologinę stotį. Įsitikinęs, kad jutiklis veikia, prie jo pritvirtinau kondensatorių su saulės baterija ir pakabinau į vietą.
Kas nutiko toliau?
Visą šviesią paros valandą jutiklis veikė tinkamai, tačiau sutemus po valandos jutiklis nustojo perduoti duomenis. Akivaizdu, kad saugomo įkrovimo nepakako net valandai jutiklio veikimo, o tada paaiškėjo, kodėl ...

3 eksperimentas
Nusprendžiau šiek tiek pakeisti konstrukciją, kad superkondensatorius (grąžintas 2 faradų superkondensatoriaus komplektas) būtų visiškai įkrautas. Aš surinkau trijų elementų bateriją, pasirodė 6 voltai ir 40 mA srovė (visiškai apšviečiant saulę). Ši baterija pavėsyje jau davė iki 3,7 V vietoj buvusios 1,8 V (1 nuotrauka) ir įkrovimo srovę iki 2 mA. Atitinkamai, superkondensatorius įkraunamas iki 3,7 V ir jau turėjo žymiai daugiau sukauptos energijos, palyginti su eksperimentu Nr. 2.

3 nuotrauka.

Viskas būtų gerai, bet dabar išėjime turime iki 5,5 V, o daviklis maitinamas nuo 1,5 V. Reikalingas DC / DC keitiklis, kuris savo ruožtu įneša papildomų nuostolių. Konverteris, kurį turėjau sandėlyje, sunaudojo apie 30 μA, o išėjime davė 4,2 V. Kol kas neradau keitiklio, kurio man reikėjo, kad galėčiau maitinti modernizuoto dizaino temperatūros jutiklį. (Reikės pasirinkti keitiklį ir pakartoti eksperimentą).

Apie energijos nuostolius:
Aukščiau buvo minėta, kad superkondensatoriai turi savaiminio išsikrovimo srovę, šiuo atveju 2 faradų surinkimui ji buvo 50 μA, taip pat čia pridedami 4% nuostoliai DC / DC keitiklyje ( deklaruojamas efektyvumas yra 96%), o jo tuščiosios eigos greitis yra 30 μA. Neatsižvelgiant į konversijos nuostolius, mes jau suvartojame apie 80 μA.
Ypač atsargiai reikia taupyti energiją, nes eksperimentiškai nustatyta, kad 2 faradų talpos superkondensatorius, įkrautas iki 5,5 V ir iškrautas iki 2,5 V, turi vadinamąją „baterijos“ talpą 1 mA. Kitaip tariant, valandai sunaudodami 1 mA iš superkondensatoriaus, iškrausime jį nuo 5,5 V iki 2,5 V.

Apie apmokestinimo tarifą tiesiogiai saulės šviesa:
Kuo didesnė saulės baterijos imama srovė, tuo geriau baterija apšviečiama tiesioginiu būdu saulės spinduliai... Atitinkamai, superkondensatoriaus įkrovimo greitis žymiai padidėja.

4 nuotrauka.

Iš multimetro rodmenų matyti (0,192 V, pradiniai rodmenys), po 2 minučių kondensatorius buvo įkrautas iki 1,161 V, po 5 minučių iki 3,132 V ir dar po 10 minučių iki 5,029 V. Per 17 minučių superkondensatorius buvo įkrautas iki 90 proc. Pažymėtina, kad saulės baterijos apšvietimas visą laiką buvo netolygus ir įvyko per dvigubą lango stiklą bei apsauginę akumuliatoriaus plėvelę.

3 eksperimento techninė ataskaita
Išdėstymo specifikacijos:
- Saulės baterija 12 elementų, 6 V, srovė 40 mA (visiškai veikiant saulei), (debesuotame ore 3,7 V ir srovė 1 mA su superkondensatoriaus apkrova).
- Superkondensatoriai sujungti lygiagrečiai, bendra talpa 2 Faradai, leistina įtampa 5,5 V, savaiminio išsikrovimo srovė 50 μA;
- Schottky diodas su tiesioginės įtampos kritimu 0,3 V, naudojamas atjungti maitinimą nuo saulės baterijos ir superkondensatoriaus.
- Išplanavimo matmenys 55 x 85 mm (plastikinė kortelė VISA).
Mums pavyko įjungti iš šio išdėstymo:
Mikrovaldiklis su LCD ekranu (srovės suvartojimas 500 μA prie 5,5 V, veikimo laikas be saulės baterijos, apie 1,8 val.);
Temperatūros jutiklis, dienos šviesos valandos su saulės baterija, 6 mA suvartojimas 2 sekundes kas 40 sekundžių;
Šviesos diodas degė 60 sekundžių vidutine 60 mA srove be saulės baterijos;
Taip pat buvo išbandytas DC / DC įtampos keitiklis (stabilaus maitinimo šaltiniui), su kuriuo per 60 sekundžių buvo galima gauti 60 mA ir 4 V įtampą (kai superkondensatorius buvo įkraunamas iki 5,5 V, be saulės baterijos).
Gauti duomenys rodo, kad šios konstrukcijos superkondensatorių apytikslė talpa yra 1 mA (be įkrovimo iš saulės baterijos, kurios iškrova yra iki 2,5 V).

Išvados:
Ši konstrukcija leidžia kaupti energiją kondensatoriuose nuolatiniam mikro suvartojančių prietaisų maitinimui. Sukauptos 1 mA talpos 2 kondensatoriaus talpos faradams turėtų pakakti, kad būtų užtikrintas mikroprocesoriaus veikimas su mažu suvartojimu tamsoje 10 valandų. Šiuo atveju bendri srovės nuostoliai ir apkrovos suvartojimas neturi viršyti 100 μA. Dienos metu superkondensatorius įkraunamas iš saulės baterijos net pavėsyje ir gali tiekti apkrovą impulsiniu režimu iki 100 mA srovės.

Atsakome į klausimą straipsnio pavadinime - Ar superkondensatorius gali pakeisti bateriją?
- gali pakeisti, bet iki šiol su dideliais srovės suvartojimo ir apkrovos veikimo režimo apribojimais.

Trūkumai:

• maža energijos rezervo talpa (maždaug 1 mA kas 2 superkondensatoriaus talpos faradus)
• didelė kondensatorių savaiminio išsikrovimo srovė (apytiksliai prarandama 20 % talpos per dieną)
• konstrukcijos matmenis lemia saulės baterija ir bendra superkondensatorių talpa.

• nėra besidėvinčių cheminių elementų (baterijų)
• darbinės temperatūros diapazonas nuo -40 iki +60 laipsnių Celsijaus
• dizaino paprastumas
• ne didele kaina

5 nuotrauka.

Vienoje plokštės pusėje yra saulės baterija, kitoje pusėje superkondensatorių mazgas ir DC/DC keitiklis.

Specifikacijos:

• Saulės baterija 12 elementų, 6 V, srovė 60 mA (visiškai veikiant saulei);
• Superkondensatorių bendra talpa 4; 6 arba 16 Faradų, leistina įtampa 5,5 V, bendra savaiminio išsikrovimo srovė, atitinkamai 120 \ 140 \ (dar nežinoma) μA;
• Dvigubas Schottky diodas su tiesioginės įtampos kritimu 0,15 V, naudojamas saulės baterijos ir superkondensatoriaus maitinimo atjungimui;
• Išdėstymo matmenys: 55 x 85 mm (plastikinė VISA kortelė);
• Numatoma talpa be įkrovimo iš saulės kolektorių montuojant kondensatorius 4; 6 arba 16 Faradų, yra maždaug 2/3/8 mA.

P. S. Jei skaičiavimuose pastebėsite rašybos klaidą, klaidą ar netikslumą - parašykite mums asmeninę žinutę ir mes operatyviai viską sutvarkysime.

Tęsinys…

Žemės rutulio elektrinė talpa, kaip žinoma iš fizikos kurso, yra maždaug 700 μF. Įprastą tokios talpos kondensatorių pagal svorį ir tūrį galima palyginti su plyta. Tačiau yra ir kondensatorių, kurių elektrinė talpa prilygsta smėlio grūdeliui – superkondensatoriai.

Tokie įrenginiai pasirodė palyginti neseniai, prieš dvidešimt metų. Jie vadinami skirtingai: superkondensatoriais, jonistoriais arba tiesiog superkondensatoriais.

Nemanykite, kad jie prieinami tik kai kurioms aukšto pilotažo aviacijos ir kosmoso įmonėms. Šiandien parduotuvėje galite įsigyti monetos dydžio ir vieno farado talpos superkondensatorių, kuris 1500 kartų viršija Žemės rutulio talpą ir yra artimas didžiausios planetos talpai. Saulės sistema- Jupiteris.

Bet koks kondensatorius kaupia energiją. Norint suprasti, kokia didelė ar maža yra superkondensatoriuje sukaupta energija, svarbu ją su kažkuo palyginti. Štai kiek neįprastas, bet vizualus būdas.

Paprasto kondensatoriaus energijos pakanka, kad jis šoktų apie pusantro metro. Mažytis 58-9V tipo superkondensatorius, kurio masė 0,5 g, įkrautas 1 V įtampa, galėtų pašokti į 293 m aukštį!

Kartais manoma, kad superkondensatoriai gali pakeisti bet kokią bateriją. Žurnalistai vaizdavo ateities pasaulį tyliais elektromobiliais ant superkondensatorių. Tačiau kol kas tai toli gražu. Vieną kilogramą sveriantis jonistorius gali sukaupti 3000 J energijos, o prasčiausias švino-rūgštinis akumuliatorius – 86 400 J – 28 kartus daugiau. Tačiau per trumpą laiką tiekiant didelę galią, baterija greitai genda ir išsikrauna net tik pusė. Kita vertus, jonistorius pakartotinai ir be jokios žalos sau išduoda bet kokią galią, jei tik jungiamieji laidai galėtų juos atlaikyti. Be to, superkondensatorius gali būti įkraunamas per kelias sekundes, o baterija paprastai trunka valandas.

Tai lemia superkondensatoriaus taikymo sritį. Jis tinkamas kaip maitinimo šaltinis įrenginiams, kurie trumpam, bet pakankamai dažnai sunaudoja daug energijos: elektroninei įrangai, žibintuvėliams, automobilių starteriams, elektriniams plaktukams. Superkondensatorius taip pat gali būti naudojamas kariniais tikslais kaip elektromagnetinių ginklų energijos šaltinis. O kartu su nedidele jėgaine superkondensatorius leidžia kurti automobilius su elektrine pavara ir 1-2 litrų degalų sąnaudomis 100 km.

Parduodami įvairiausios galios ir darbinės įtampos jonizatoriai, tačiau jie yra brangūs. Taigi, jei turite laiko ir noro, galite pabandyti pasigaminti jonistorių patys. Tačiau prieš duodami konkrečius patarimus, šiek tiek teorijos.

Iš elektrochemijos žinoma: panardinus metalą į vandenį, jo paviršiuje susidaro vadinamasis dvigubas elektrinis sluoksnis, susidedantis iš priešingų elektros krūvių – jonų ir elektronų. Tarp jų veikia abipusės traukos jėgos, tačiau krūviai negali priartėti. Tam trukdo vandens ir metalo molekulių traukos jėgos. Iš esmės elektrinis dvigubas sluoksnis yra ne kas kita, kaip kondensatorius. Jo paviršiuje susitelkę krūviai atlieka plokštelių vaidmenį. Atstumas tarp jų yra labai mažas. Ir, kaip žinote, kondensatoriaus talpa didėja mažėjant atstumui tarp jo plokščių. Todėl, pavyzdžiui, įprasto plieninio stipino, panardinto į vandenį, talpa siekia kelis mF.

Iš esmės superkondensatorius susideda iš dviejų labai didelio ploto elektrodų, panardintų į elektrolitą, kurių paviršiuje veikiant įtampai susidaro dvigubas elektrinis sluoksnis. Tiesa, naudojant įprastas plokščias plokštes, būtų galima gauti vos kelių dešimčių mF talpą. Didelėms jonistoriams būdingoms talpoms gauti naudojami elektrodai, pagaminti iš akytų medžiagų su dideliu porų paviršiumi ir mažais išoriniais matmenimis.

Šiam vaidmeniui tinkamu laiku buvo išbandyti kempinės metalai nuo titano iki platinos. Tačiau ji pasirodė nepalyginamai geresnė už visus kitus... eilinė aktyvuota anglis. Tai medžio anglys, kuri po specialaus apdorojimo tampa porėta. Tokios anglies 1 cm3 porų paviršiaus plotas siekia tūkstančius kvadratinių metrų, o ant jų esančio elektrinio dvigubo sluoksnio talpa – dešimt faradų!

Naminis superkondensatorius 1 paveiksle parodyta superkondensatoriaus konstrukcija. Jį sudaro dvi metalinės plokštės, tvirtai prispaustos prie „užpildo“. aktyvuota anglis... Akmens anglys klojamos dviem sluoksniais, tarp kurių yra plonas atskiriamasis elektronams nelaidžios medžiagos sluoksnis. Visa tai prisotinta elektrolitų.

Įkraunant superkondensatorių, vienoje jo pusėje ant anglies porų susidaro dvigubas elektrinis sluoksnis, kurio paviršiuje yra elektronų, o kitoje – teigiamais jonais. Po įkrovimo jonai ir elektronai pradeda tekėti vienas kito link. Kai jie susiduria, susidaro neutralūs metalo atomai, o sukauptas krūvis mažėja ir laikui bėgant jis paprastai gali nutrūkti.

Siekiant to išvengti, tarp aktyvintos anglies sluoksnių įterpiamas atskyrimo sluoksnis. Jį gali sudaryti įvairios plonos plastikinės plėvelės, popierius ir net vata.
Mėgėjų jonistorių elektrolitas yra 25 % natrio chlorido tirpalas arba 27 % KOH tirpalas. (Esant mažesnėms koncentracijoms, ant teigiamo elektrodo nesusidarys neigiamas jonų sluoksnis.)

Varinės plokštės su iš anksto prie jų prilituotais laidais naudojamos kaip elektrodai. Jų darbiniai paviršiai turi būti nuvalyti nuo oksidų. Tokiu atveju patartina naudoti stambiagrūdį švitrinį popierių, kuris palieka įbrėžimus. Šie įbrėžimai pagerins anglies sukibimą su variu. Norint užtikrinti gerą sukibimą, plokštės turi būti nuriebalintos. Plokštelių nuriebalinimas atliekamas dviem etapais. Pirmiausia jie nuplaunami su muilu, o po to įtrinami dantų milteliais ir nuplaunami vandens srove. Po to neturėtumėte jų liesti pirštais.

Vaistinėje įsigyta aktyvuota anglis sumalama skiedinyje ir sumaišoma su elektrolitu, kad gautųsi tiršta pasta, kuri paskirstoma ant kruopščiai nuriebalintų lėkštelių.

Pirmo bandymo metu lėkštės su popieriniu padu dedamos viena ant kitos, po to bandysime įkrauti. Tačiau čia yra subtilumų. Esant didesnei nei 1 V įtampai, prasideda dujų H2, O2 išsiskyrimas. Jie sunaikina anglies elektrodus ir neleidžia mūsų įrenginiui veikti superkondensatoriaus režimu.

Todėl mes turime jį įkrauti iš šaltinio, kurio įtampa ne didesnė kaip 1 V. (Būtent tokia įtampa kiekvienai plokščių porai rekomenduojama naudoti pramoniniams superkondensatoriams.)

Išsami informacija smalsuoliams

Virš 1,2 V superkondensatorius virsta dujų akumuliatoriumi. Tai įdomus prietaisas, kurį taip pat sudaro aktyvuota anglis ir du elektrodai. Tačiau struktūriškai jis pagamintas skirtingai (žr. 2 pav.). Paprastai jie paima du anglies strypus iš seno elektrocheminio elemento ir aplink juos suriša marlės maišelius su aktyvuota anglimi. KOH tirpalas naudojamas kaip elektrolitas. (Natrio chlorido tirpalo naudoti negalima, nes skilimo metu išsiskiria chloras.)

Dujų akumuliatoriaus energijos talpa siekia 36 000 J/kg, arba 10 Wh/kg. Tai 10 kartų daugiau nei superkondensatoriaus, bet 2,5 karto mažiau nei įprasto švino rūgšties akumuliatoriaus. Tačiau dujų akumuliatorius yra ne tik akumuliatorius, bet ir labai unikalus kuro elementas. Kai jis įkraunamas, ant elektrodų išsiskiria dujos – deguonis ir vandenilis. Jie „nusėda“ ant aktyvintos anglies paviršiaus. Kai atsiranda apkrovos srovė, jų ryšys atsiranda su vandens susidarymu ir elektros srovė... Tačiau šis procesas be katalizatoriaus yra labai lėtas. Ir kaip paaiškėjo, katalizatoriumi gali būti tik platina... Todėl, skirtingai nei jonistorius, dujų akumuliatorius negali gaminti didelių srovių.

Nepaisant to, Maskvos išradėjas A.G. Presniakovas (http://chemfiles.narod .r u / hit / gas_akk.htm) sėkmingai panaudojo dujų akumuliatorių sunkvežimio varikliui užvesti. Kietas jo svoris – beveik tris kartus didesnis nei įprastai – šiuo atveju buvo pakenčiamas. Tačiau maža kaina ir tokių kenksmingų medžiagų kaip rūgštis ir švinas nebuvimas atrodė itin patrauklūs.

Paprasčiausios konstrukcijos dujų akumuliatorius buvo linkęs visiškai išsikrauti per 4-6 valandas. Tai padarė tašką eksperimentams. Kam reikalingas automobilis, kurio negalima užvesti po nakvynės?

Bet vis tiek " didelė įranga»Nepamiršau ir dujų akumuliatorių. Galingi, lengvi ir patikimi, jie randami kai kuriuose palydovuose. Procesas juose vyksta maždaug 100 atm slėgyje, o kaip dujų absorberis naudojamas kempinė nikelis, kuris tokiomis sąlygomis veikia kaip katalizatorius. Visas prietaisas patalpintas itin lengvame anglies pluošto cilindre. Rezultatas – akumuliatoriai, kurių energijos talpa beveik 4 kartus didesnė nei švino rūgšties baterijų. Elektromobilis jais galėtų nuvažiuoti apie 600 km. Bet, deja, jie vis tiek yra labai brangūs.

Ažiotažas apie Elono Musko „Gigaakumuliatorių gamyklos“, skirtos ličio jonų baterijų gamybai, statybą, dar nenuslūgo, kai pasirodė žinia apie įvykį, galintį gerokai pakoreguoti „milijardieriaus revoliucionieriaus“ planus.
Tai yra naujausias bendrovės pranešimas spaudai Sunvault Energy Inc., kuris kartu su Edisono elektros įmonė pavyko sukurti didžiausią pasaulyje grafeno superkondensatorių, kurio talpa 10 tūkstančių (!) Faradų.
Šis skaičius yra toks fenomenalus, kad vietiniai ekspertai abejoja - net 20 mikrofaradų (tai yra 0,02 milifaradų) elektros inžinerijoje yra daug. Tačiau nėra jokių abejonių – „Sunvault Energy“ direktorius yra buvęs Naujosios Meksikos gubernatorius ir buvęs JAV energetikos sekretorius Billas Richardsonas. Bill Nobelio premija pasaulis. 2008 metais jis buvo vienas iš demokratų kandidatų į JAV prezidentus, tačiau pralaimėjo Barackui Obamai.

Šiandien „Sunvault“ sparčiai vystosi, kuria bendrą įmonę su „Edison Power Company“ pavadinimu „Supersunvault“, o naujosios bendrovės direktorių taryboje yra ne tik mokslininkai (vienas iš direktorių – biochemikas, kitas – iniciatyvus onkologas), bet ir Įžymūs žmonės su geru verslo sumanumu. Noriu pastebėti, kad vien per pastaruosius du mėnesius įmonė savo superkondensatorių talpą padidino dešimteriopai – nuo ​​1000 iki 10000 Faradų ir žada ją padidinti dar labiau, kad kondensatoriuje sukauptos energijos pakaktų tiekti visas namas, tai yra, „Sunvault“ yra pasirengusi veikti tiesiogiai kaip konkurentas Elonui Muskui, kuris planuoja išleisti „Powerwall“ tipo superbaterijas, kurių talpa apie 10 kWh.

Grafeno technologijos privalumai ir „Gigafabriko“ pabaiga.

Čia reikia priminti pagrindinį skirtumą tarp kondensatorių ir baterijų – jei pirmieji greitai įkraunami ir išsikrauna, tačiau sukaupia mažai energijos ir tada baterijos yra atvirkščiai. Pastaba Pagrindiniai grafeno superkondensatorių privalumaiv.

1. Greitas įkrovimas- kondensatoriai įkraunami apie 100-1000 kartų greičiau nei baterijos.

2. Pigumas: jei paprastos ličio jonų baterijos kainuoja apie 500 USD už 1 kWh sukauptos energijos, o superkondensatorius – tik 100, o iki metų pabaigos kūrėjai žada kainą sumažinti iki 40 USD. Pagal savo sudėtį tai yra įprasta anglis - vienas iš labiausiai paplitusių cheminių elementų Žemėje.

3. Energijos kompaktiškumas ir tankis ir... Naujasis grafeno superkondensatorius smogia ne tik fantastiška talpa, apie tūkstantį kartų lenkiančiu žinomus pavyzdžius, bet ir kompaktiškumu – jis yra mažos knygelės dydžio, tai yra šimtą kartų kompaktiškesnis už šiuo metu naudojamą 1 Farad kondensatoriai.

4. Saugumas ir ekologiškumas... Jie daug saugesni už baterijas, kurios įkaista, turi pavojingų cheminių medžiagų, o kartais ir sprogsta.Pats grafenas yra biologiškai skaidi medžiaga, tai yra tiesiog suyra saulėje ir negadina aplinkos. Jis yra chemiškai neaktyvus ir negadina aplinkos.

5. Naujos grafeno gamybos technologijos paprastumas... Didžiulės teritorijos ir investicijos, darbuotojų masė, naudojamos nuodingos ir pavojingos medžiagos technologinis procesas ličio jonų baterijos – visa tai visiškai prieštarauja stulbinančiam naujosios technologijos paprastumui. Faktas yra tas, kad grafenas (ty ploniausia, vienaatominė anglies plėvelė) Sunvault yra gaunamas naudojant įprastą CD diską, ant kurio pilama dalis grafito suspensijos. Tada diskas įdedamas į įprastą DVD įrenginį ir specialia programa įrašomas lazeriu – ir grafeno sluoksnis paruoštas! Pranešama, kad atradimą padarė atsitiktinai – studentas Maheris El-Cadi, dirbęs chemiko Richardo Kahnerio laboratorijoje. Tada jis sudegino diską naudodamas LightScribe ir pagamino grafeno sluoksnį.
Be to, „Sunvault“ generalinis direktorius Gary Monahanas Wall Street konferencijoje sakė, kad įmonė stengiasi grafeno energijos kaupimas ir gali būti gaminamas įprastu spausdinimu 3D spausdintuvu– ir dėl to jų gamyba taps ne tik pigi, bet ir praktiškai prieinama visiems. O kartu su nebrangiomis saulės baterijomis (šiandien jų kaina nukrito iki 1,3 USD už vatą) grafeno superkondensatoriai milijonams žmonių suteiks galimybę įgyti energetinę nepriklausomybę visiškai atsijungus nuo maitinimo tinklų, o juo labiau – tapti elektra. patys tiekėjai ir naikina „natūralias“ monopolijas.
Taigi, nėra jokių abejonių: grafenas superkondensatoriai yra revoliucinis proveržis energijos kaupimo ir ... Ir tai yra bloga žinia Elonui Muskui - gamyklos statyba Nevadoje jam kainuos apie 5 milijardus dolerių, kuriuos nebūtų lengva „atgauti“ net be tokių konkurentų. Panašu, kad jei Nevados gamyklos statybos jau vyksta ir greičiausiai bus baigtos, tai kitos trys, kurias suplanavo Muskas, greičiausiai nebus pastatytos.

Patekimas į rinką? Ne taip greitai, kaip norėtume.

Revoliucinis šios technologijos pobūdis yra akivaizdus. Kitas dalykas neaiškus – kada jis pateks į rinką? Jau šiandien gremėzdiškas ir brangus Elono Musko „Gigafactory“ ličio jonų projektas atrodo kaip industrializmo dinozauras. Tačiau, kad ir koks revoliucinis, reikalingas ir ekologiškas kamuolys būtų nauja technologija, tai nereiškia, kad ji ateis pas mus po metų ar dvejų. Kapitalo pasaulis negali išvengti finansinių neramumų, tačiau gana sėkmingai išvengia technologinių. Tokiais atvejais pradeda veikti užkulisiniai susitarimai tarp stambių investuotojų ir politinių žaidėjų. Verta priminti, kad „Sunvault“ yra Kanadoje įsikūrusi įmonė, o į direktorių tarybą įeina žmonės, kurie, nors ir turi plačius ryšius su JAV politiniu elitu, vis dar nepriklauso jos naftos dolerių branduoliui, kuris yra daugiau ar mažiau. aiškiai kovoti su, matyt, jau prasidėjo.
Mums svarbiausia yra naujų energetikos technologijų teikiamos galimybės: energetinė nepriklausomybė šaliai, o ilgainiui – kiekvienam jos piliečiui. Žinoma, grafeno superkondensatoriai yra labiau „hibridinė“, pereinamojo laikotarpio technologija; ji neleidžia tiesiogiai gaminti energijos, skirtingai nei magnetinės gravitacijos technologijos kurie žada visiškai pakeisti pačią mokslinę paradigmą ir viso pasaulio veidą. Pagaliau yra revoliucinės finansinės technologijos, kurios iš tikrųjų yra tabu pasaulinės naftos dolerių mafijos. Ir vis dėlto tai yra labai įspūdingas lūžis, tuo įdomesnis, kad jis vyksta „naftos dolerių žvėries duobėje“ – Jungtinėse Valstijose.
Vos prieš šešis mėnesius rašiau apie italų sėkmę šaltosios sintezės technologijoje, tačiau per tą laiką sužinojome apie įspūdingą amerikiečių kompanijos „SolarTrends“ LENR technologiją ir apie vokiečių „Gaya-Rosch“ proveržį, o dabar – apie tikrai revoliucinė grafeno saugojimo technologija. Net ir šis trumpas sąrašas rodo, kad bėda ne ta, kad mūsų valdžia ar bet kuri kita valdžia neturi galimybių sumažinti gaunamų sąskaitų už dujas ir elektrą, ir net ne skaidriai apskaičiuojant tarifus.
Visų blogybių šaknys yra sąskaitas apmokančiųjų nežinojimas ir nenoras ką nors keisti tų, kurie jas išrašo. ... Tik paprastiems žmonėms aš esu energija, tai yra elektra. Tiesą sakant, savęs energija yra galia.

Mokslinis leidinys Science pranešė apie Australijos mokslininkų technologinį proveržį superkondensatorių kūrimo srityje.

Melburne įsikūrusio Monasho universiteto darbuotojams pavyko pakeisti superkondensatorių, pagamintų iš grafeno, gamybos technologiją, kad gautųsi produktai, pasižymintys didesniu komerciniu patrauklumu nei anksčiau buvę analogai.

Specialistai jau seniai kalba apie magiškas grafeno pagrindu pagamintų superkondensatorių savybes, o laboratoriniais tyrimais įtikinamai įrodyta, kad jie geresni už įprastus. Tokie kondensatoriai su priešdėliu „super“ laukia šiuolaikinės elektronikos kūrėjų, automobilių gamintojų ir net alternatyvių elektros šaltinių statytojų ir kt.

Didžiulis gyvavimo ciklas laiko atžvilgiu, taip pat superkondensatoriaus galimybė įkrauti per trumpiausią įmanomą laiką, leidžia dizaineriams su jų pagalba išspręsti sudėtingas dizaino problemas. skirtingi įrenginiai... Tačiau pergalingo grafeno kondensatorių žygio kelyje iki šio laiko buvo žemas jų specifinės energijos rodiklis ir. Vidutiniškai superkondensatoriaus arba superkondensatoriaus savitoji energija buvo maždaug 5–8 W * h / kg, todėl greito iškrovimo fone grafeno gaminys tapo priklausomas nuo poreikio labai dažnai įkrauti.

Australijos mokslininkai iš Melburno medžiagų gamybos departamento, vadovaujami profesoriaus Dan Lee, sugebėjo 12 kartų padidinti savitąjį grafeno kondensatoriaus energijos tankį. Dabar šis naujojo kondensatoriaus rodiklis yra 60 W * h / kg, ir tai jau yra priežastis kalbėti apie techninę revoliuciją šioje srityje. Išradėjai taip pat sugebėjo įveikti greito grafeno superkondensatoriaus iškrovimo problemą, nes dabar jis išsikrauna lėčiau nei net standartinė baterija.

Tokį įspūdingą rezultatą mokslininkams padėjo pasiekti technologinis atradimas: jie paėmė adaptyvią grafeno-gelio plėvelę ir iš jos sukūrė labai mažą elektrodą. Išradėjai užpildė tarpą tarp grafeno lakštų skystu elektrolitu, kad tarp jų susidarytų subnanometrinis atstumas. Tokio elektrolito yra ir įprastuose kondensatoriuose, kur jis veikia kaip elektros laidininkas. Čia jis tapo ne tik laidininku, bet ir kliūtimi grafeno lakštams susilieti. Būtent šis kursas leido pasiekti didesnį kondensatoriaus tankį išlaikant porėtą struktūrą.

Pats kompaktiškas elektrodas buvo sukurtas naudojant technologiją, kuri pažįstama mums visiems įpratusiems popieriaus gamintojams. Šis metodas yra gana pigus ir paprastas, o tai leidžia optimistiškai vertinti naujų superkondensatorių komercinės gamybos galimybę.

Žurnalistai suskubo patikinti pasaulį, kad žmonija gavo paskatą kurti visiškai naujus elektroninius prietaisus. Patys išradėjai, profesoriaus Lee lūpomis, pažadėjo padėti grafeno superkondensatoriui labai greitai įveikti kelią nuo laboratorijos iki gamyklos.

Norite to ar ne, elektromobilių era nuolat artėja. Ir šiuo metu tik viena technologija stabdo elektrinių transporto priemonių, elektros energijos kaupimo technologijų ir kt. proveržį ir užgrobimą rinkoje. Nepaisant visų mokslininkų pasiekimų šia kryptimi, dauguma elektrinių ir hibridinių transporto priemonių savo konstrukcijoje turi ličio jonų baterijas, kurios turi savo teigiamas ir neigiamas puses ir vienu įkrovimu gali nuvažiuoti automobilio ridą tik trumpu atstumu, kurio pakanka tik judėjimas miesto ribose. Visi pirmaujantys pasaulio automobilių gamintojai supranta šią problemą ir ieško būdų, kaip padidinti elektromobilių efektyvumą, kuris padidins važiavimo atstumą vienu akumuliatoriaus įkrovimu.

Vienas iš būdų pagerinti elektromobilių efektyvumą yra energijos surinkimas ir pakartotinis panaudojimas, kuris automobiliui stabdant ir važiuojant per nelygumus virsta šiluma. kelio danga... Jau sukurti metodai tokiai energijai grąžinti ir, tačiau jos surinkimo efektyvumas ir pakartotinai naudoti itin mažas dėl mažo baterijų greičio. Stabdymo laikas paprastai skaičiuojamas sekundėmis ir yra per greitas akumuliatoriams, kuriems įkrauti reikia valandų. Todėl norint sukaupti „greitą“ energiją, reikalingi kiti būdai ir kaupimo įrenginiai, kurių vaidmuo labiausiai panašus į didelės talpos kondensatorius, vadinamuosius superkondensatorius.

Deja, superkondensatoriai dar nėra pasiruošę eiti „pagrindiniu keliu“, nepaisant to, kad jie gali greitai įkrauti ir išsikrauti, jų talpa vis dar yra gana maža. Be to, superkondensatorių patikimumas taip pat palieka daug norimų rezultatų, superkondensatorių elektroduose naudojamos medžiagos nuolat sunaikinamos dėl pasikartojančių įkrovimo-iškrovimo ciklų. Ir tai vargu ar leistina, turint omenyje, kad per visą elektromobilio eksploatavimo laiką superkondensatorių veikimo ciklų skaičius turėtų būti daug milijonų kartų.

Santhakumar Kannappan ir kolegų iš Mokslo ir technologijos instituto Gvangju mieste (Korėja) turi šios problemos sprendimą, pagrįstą viena nuostabiausių mūsų laikų medžiagų – grafenu. Korėjos mokslininkai sukūrė ir pagamino itin efektyvių grafeno pagrindu veikiančių superkondensatorių prototipus, kurių talpiniai parametrai nenusileidžia ličio jonų akumuliatoriams, tačiau geba labai greitai sukaupti ir išleisti savo elektros krūvį. Be to, net grafeno superkondensatorių prototipai gali atlaikyti daugybę dešimčių tūkstančių veikimo ciklų, neprarasdami savo savybių.
Triukas, leidžiantis pasiekti tokį įspūdingą našumą, yra gauti specialią grafeno formą, kuri turi didžiulį efektyvų paviršiaus plotą. Tyrėjai šią grafeno formą gavo sumaišę grafeno oksido daleles su hidrazinu vandenyje ir viską susmulkindami ultragarsu. Gauti grafeno milteliai buvo supakuoti į disko formos tabletes ir penkias valandas džiovinami 140 laipsnių Celsijaus temperatūroje ir 300 kg / cm slėgyje.

Gauta medžiaga pasirodė labai porėta, vienam gramui tokios grafeno medžiagos jos efektyvusis plotas atitinka krepšinio aikštelės plotą. Be to, šios medžiagos porėtumas leidžia joniniam elektrolitiniam skysčiui EBIMF 1 M visiškai užpildyti visą medžiagos tūrį, todėl padidėja superkondensatoriaus elektrinė talpa.

Eksperimentinių superkondensatorių charakteristikų matavimai parodė, kad jų elektrinė talpa yra apie 150 Faradų grame, energijos kaupimo tankis – 64 vatai kilograme, o elektros srovės tankis – 5 amperai grame. Visos šios savybės yra palyginamos su panašiomis savybėmis ličio jonų baterijos energijos kaupimo tankis ir kuris svyruoja nuo 100 iki 200 vatų kilogramui. Tačiau šie superkondensatoriai turi vieną didžiulį pranašumą – jie gali visiškai įkrauti arba visiškai atlaisvinti visą sukauptą įkrovą vos per 16 sekundžių. Ir šis laikas yra greičiausias įkrovimo ir iškrovimo laikas.

Šis įspūdingų charakteristikų rinkinys ir nesudėtinga grafeno superkondensatorių gamybos technologija gali pateisinti tyrėjų teiginį, kuris rašė, kad jų „grafeno superkondensatorių energijos kaupikliai jau yra paruošti masinei gamybai ir gali pasirodyti naujos kartos elektromobiliai“.

Grupė mokslininkų iš Rice universiteto pritaikė savo grafeno gamybos metodą naudojant lazerį superkondensatorių elektrodams gaminti.

Nuo tada, kai buvo atrastas grafenas, anglies forma, kurios kristalų gardelės storis yra monoatominis, be kita ko, buvo laikomas alternatyva aktyvintosios anglies elektrodams, naudojamiems superkondensatoriuose, kondensatoriuose su didelėmis talpomis ir mažomis vidinėmis nuotėkio srovėmis. Tačiau laikas ir tyrimai parodė, kad grafeno elektrodai neveikia daug geriau nei mikroporiniai aktyvintosios anglies elektrodai, todėl entuziazmas sumažėjo ir daugybė tyrimų buvo apriboti.

Nepaisant to, grafeno elektrodai turi neabejotinų pranašumų, palyginti su porėtais anglies elektrodais.

Grafeno superkondensatoriai gali veikti aukštesniais dažniais, o grafeno lankstumas leidžia jo pagrindu sukurti itin plonus ir lanksčius energijos kaupimo įrenginius, kurie puikiai tinka naudoti nešiojamoje ir lanksčioje elektronikoje.

Pirmiau minėti du grafeno superkondensatorių pranašumai paskatino Rice universiteto mokslininkų grupę atlikti tolesnius tyrimus. Jie pritaikė savo grafeno gamybos metodą lazeriu, kad pagamintų superkondensatorių elektrodus.

„Tai, ką pasiekėme, yra palyginama su elektronikos rinkoje esančių mikrosuperkondensatorių našumu“, – sako mokslininkas Jamesas Touras, vadovavęs tyrimų grupei. Jei mums reikia supakuoti grafeno elektrodus pakankamai mažame plote, mes juos tiesiog sulenkiame kaip popieriaus lapą.

Grafeno elektrodų gamybai mokslininkai naudojo lazerinis metodas(lazeriu sukelta grafema, LIG), kurioje didelės galios lazerio spindulys nukreipiamas į taikinį, pagamintą iš nebrangios polimerinės medžiagos.

Lazerio šviesos parametrai parenkami taip, kad iš polimero išdegtų visi elementai, išskyrus anglį, kuri susidaro porėtos grafeno plėvelės pavidalu. Tyrimai parodė, kad šis akytas grafenas turi pakankamai didelį efektyvų paviršiaus plotą, todėl jis yra ideali medžiaga superkondensatorių elektrodams.

Rice komandos tyrimų rezultatai yra tokie įtikinami, kaip lengvai galima pagaminti porėtą grafeną.

„Grafeno elektrodus pagaminti labai paprasta. Tam nereikia švarios patalpos, o procese naudojami įprasti pramoniniai lazeriai, kurie sėkmingai naudojami gamyklose ir net lauke“, – sako Jamesas Tour.

Be to, kad juos lengva gaminti, grafeno superkondensatoriai parodė labai įspūdingą našumą. Šie energijos kaupimo įrenginiai atlaikė tūkstančius įkrovimo-iškrovimo ciklų neprarandant elektros pajėgumo. Be to, tokių superkondensatorių elektrinė talpa praktiškai nepasikeitė, kai lankstus superkondensatorius buvo deformuotas 8 tūkstančius kartų iš eilės.

„Mes įrodėme, kad mūsų sukurta technologija leidžia mums gaminti plonus ir lanksčius superkondensatorius, kurie gali būti lanksčios elektronikos ar energijos šaltinių komponentai ir nešiojamai elektronikai, kurią galima įdėti tiesiai į drabužius arba į kasdienius daiktus“, – sakė Jamesas Tour.

Tarp naujausių mokslo ir technologijų naujovių būtina pažymėti naujo tipo kondensatorių - ultrakondensatorių, kuris dar vadinamas superkondensatoriumi, atsiradimą. Koks tai gyvūnas ir ar jį galima naudoti automobilio DVR ir kituose elektroniniuose įrenginiuose kaip atsarginį maitinimo šaltinį?

Iš mokyklos fizikos kurso žinoma, kad kondensatorius gali kaupti energiją kaupdamas elektros krūvį. Bet šio įkrovimo suma labai maža, todėl jo užtenka tik gerai kibirkštis trumpojo jungimo atveju. Taip pat moksleiviai naudoja metalinius-popierinius 400...1000 voltų kintamosios srovės kondensatorius, kad vienas kitą sumuštų elektros srove, prieš tai ją įkrovę 220 V. O iš esmės kondensatoriai naudojami kaip radijo komponentas elektroniniuose prietaisuose.

Tačiau praėjusio amžiaus pabaigoje slaptose laboratorijose buvo išrastas naujo tipo kondensatorius, kuriame vietoj metalinės juostelės naudojamas elektrolitas ir kiti gudrūs. cheminių medžiagų... Dėl šios konstrukcijos naujo tipo mažo dydžio kondensatorius turi didžiulę talpą, kuri jau gali būti naudojama kaupti įkrovą, pakankamą trumpam elektroninių prietaisų veikimui su mažu srovės suvartojimu. Jis gavo pavadinimą superkondensatorius dėl to, kad jis veikia dėl jonų perdavimo cheminėje aplinkoje tarp elektrodų.

Mūsų laikais superkondensatoriai naudojami kaip atsarginis maitinimo šaltinis. Pavyzdžiui, „Aliexpress“ už 5 ... 10 dolerių galite nusipirkti 5 voltų superkondensatorių, kuris visiškai įkraunamas vos per 10 ... 100 sekundžių. Tačiau jis gali maitinti vidutinį LED žibintuvėlį 20 ... 30 minučių.

Kinijos superkondensatoriaus apžvalga

Dabar pažiūrėkime, ar superkondensatorius gali pakeisti automobilio DVR akumuliatorių? Regione nėra daug srovės vartojančių komponentų – servo, elektros variklių, galingų apšvietimo lempų. Todėl srovės suvartojimas yra gana mažas - 50 ... 100 mA. Superkondensatorius galės užtikrinti DVR veikimą 3 ... 10 minučių vidutiniškai niūriai. To pakanka, kad užbaigtumėte vaizdo įrašą ir tinkamai užbaigtumėte darbą.

Taigi, jei dvejojate – ar pirkti DVR su superkondensatoriumi, o ne įmontuota baterija, tada visos abejonės bergždžios. Šis įrenginys atliks visas reikalingas funkcijas Jūsų automobilyje, net jei įvykus avarijai bus išjungtas borto tinklas. Tačiau tokio tipo registratorius negali būti naudojamas kaip įprasta nešiojama vaizdo kamera už automobilio ribų – lauko filmavimui reikalingas išorinis maitinimo šaltinis.