Ofurþéttar - frábær og jafnvel ofur

Málið um skilvirkni rafhlöðu, hraða, getu og öryggi er nú að verða eitt helsta vandamálið á heimsvísu. Í þeim skilningi að vanþróun á þessu sviði ógnar að staðna alla tæknimenningu okkar.

Við skrifuðum nýlega um springandi litíumjónarafhlöður í símum. Enn ófullnægjandi afkastageta þeirra og hæg hleðsla hafa vissulega ónáðað Elon Musk eða aðra rafbílaáhugamenn oftar en einu sinni. Við höfum heyrt um ýmsar nýjungar á þessu sviði í mörg ár en enn er engin bylting sem myndi gefa eitthvað betra í daglegri notkun. Hins vegar hefur um nokkurt skeið verið talað um að hægt sé að skipta út rafhlöðum fyrir hraðhleðsluþétta, eða öllu heldur "ofur" útgáfu þeirra.

Af hverju vonast venjulegir þéttar ekki eftir byltingu? Svarið er einfalt. Kíló af bensíni er um það bil 4. kílóvattstundir af orku. Rafhlaðan í Tesla gerðinni hefur um 30 sinnum minni orku. Kíló af þéttamassi er aðeins 0,1 kWst. Engin þörf á að útskýra hvers vegna venjulegir þéttar henta ekki í nýtt hlutverk. Rýmd nútíma litíumjónarafhlöðu þyrfti að vera nokkur hundruð sinnum stærri.

Ofurþétti eða ofurþétti er tegund rafgreiningarþétta sem, samanborið við klassíska rafgreiningarþétta, hefur afar háa rafrýmd (af stærðargráðunni nokkur þúsund farad), með rekstrarspennu 2-3 V. Stærsti kosturinn við ofurþétta er mjög stuttur hleðslu- og afhleðslutími miðað við önnur orkugeymslutæki (t.d. rafhlöður). Þetta gerir þér kleift að auka aflgjafa til 10 kW á hvert kíló af þéttaþyngd.

Ein af gerðum ofurþétta sem fáanleg eru á markaðnum.

Afrek á rannsóknarstofum

Síðustu mánuðir hafa fært mikið af upplýsingum um nýjar ofurþétta frumgerðir. Í lok árs 2016 lærðum við til dæmis að hópur vísindamanna frá háskólanum í Mið-Flórída bjó til nýtt ferli til að búa til ofurþétta, sparar meiri orku og þolir meira en 30 XNUMX. hleðslu/losunarlotur. Ef við myndum skipta um rafhlöður með þessum ofurþéttum, þá gætum við ekki aðeins hlaðið snjallsíma á nokkrum sekúndum, heldur myndi það duga fyrir meira en viku notkun, sagði Nitin Chowdhary, meðlimur rannsóknarhópsins, við fjölmiðla. . . Vísindamenn í Flórída búa til ofurþétta úr milljónum örvíra sem eru húðaðir með tvívíðu efni. Þræðir kapalsins eru mjög góðir rafmagnsleiðarar, sem leyfa hraðhleðslu og afhleðslu þéttans og tvívítt efni sem nær yfir þá gerir kleift að geyma mikið magn af orku.

Vísindamenn frá háskólanum í Teheran í Íran, sem framleiða porous koparbyggingar í ammoníaklausnum sem rafskautsefni, fylgja nokkuð svipaðri hugmynd. Bretar kjósa aftur á móti gel eins og þau sem notuð eru í linsur. Einhver annar fór með fjölliðurnar á verkstæðið. Rannsóknir og hugtök eru endalaus um allan heim.

Vísindamenn sem taka þátt í verkefnið RAFT (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), fjármögnuð af ESB, hefur unnið að fjöldaframleiðslu á grafen rafskautsefnum og notkun umhverfisvænna jónískra fljótandi raflausna við stofuhita. Vísindamenn búast við því grafen kemur í stað virks kolefnis (AC) er notað í rafskaut ofurþétta.

Rannsakendur framleiddu grafítoxíð hér, skiptu þeim í blöð af grafeni og settu blöðin síðan inn í ofurþétta. Í samanburði við rafskaut sem byggir á AC hafa grafen rafskaut betri límeiginleika og meiri orkugeymslugetu.

Farþegar um borð - sporvagninn er að hlaða

Vísindamiðstöðvar stunda rannsóknir og frumgerð og Kínverjar hafa sett ofurþétta í notkun. Borgin Zhuzhou, Hunan héraði, afhjúpaði nýlega fyrsta kínverska framleidda sporvagninn knúinn ofurþéttum (2), sem þýðir að það þarf ekki loftlínu. Sporvagninn er knúinn af pantografum sem eru settir upp á stoppistöðvum. Full hleðsla tekur um 30 sekúndur, þannig að það á sér stað þegar farþegar fara um borð og fara frá borði. Þetta gerir ökutækinu kleift að ferðast 3-5 km án utanaðkomandi aflgjafa, sem er nóg til að komast á næsta stopp. Að auki endurheimtir hann allt að 85% af orku við hemlun.

Möguleikarnir á hagnýtri notkun ofurþétta eru fjölmargir - allt frá orkukerfum, efnarafalum, sólarsellum til rafknúinna farartækja. Að undanförnu hefur athygli sérfræðinga beinst að notkun ofurþétta í tvinn rafknúnum ökutækjum. Fjölliða þind eldsneyti klefi hleður ofurþétta, sem síðan geymir raforku sem notuð er til að knýja vél. Hægt er að nota hraðhleðslu/hleðslulotur SC til að jafna út nauðsynlegan hámarksafl efnarafalsins, sem gefur næstum einsleitan árangur.

Svo virðist sem við séum nú þegar á þröskuldi ofurþéttabyltingarinnar. Reynslan sýnir hins vegar að það er þess virði að halda aftur af óhófi eldmóðsins til að ruglast ekki og sitja ekki eftir með tæma gamla rafhlöðu í höndunum.