ابرخازن - فوق العاده و حتی فوق العاده
موضوع کارایی باتری، سرعت، ظرفیت و ایمنی در حال حاضر به یکی از مشکلات اصلی جهانی تبدیل شده است. به این معنا که توسعه نیافتگی در این حوزه کل تمدن فنی ما را تهدید می کند.
اخیراً در مورد انفجار باتری‌های لیتیوم یونی در تلفن‌ها نوشتیم. ظرفیت نامناسب و شارژ آهسته آنها مطمئناً بیش از یک بار ایلان ماسک یا هر علاقه‌مند به خودروهای برقی دیگر را آزار داده است. سال‌هاست که در مورد نوآوری‌های مختلف در این زمینه می‌شنویم، اما هنوز هیچ پیشرفتی وجود ندارد که در استفاده روزمره چیز بهتری ارائه دهد. با این حال، مدتی است که صحبت های زیادی در مورد این واقعیت وجود دارد که باتری ها را می توان با خازن های شارژ سریع یا بهتر بگوییم نسخه "فوق العاده" آنها جایگزین کرد.
چرا خازن های معمولی امیدی به پیشرفت ندارند؟ پاسخ ساده است. یک کیلوگرم بنزین تقریباً 4. کیلووات ساعت انرژی است. باتری مدل تسلا حدود 30 برابر انرژی کمتری دارد. یک کیلوگرم جرم خازن تنها 0,1 کیلووات ساعت است. نیازی به توضیح نیست که چرا خازن های معمولی برای یک نقش جدید مناسب نیستند. ظرفیت باتری لیتیوم یون مدرن باید چندین صد برابر بزرگتر باشد.
ابرخازن یا فوق خازن نوعی خازن الکترولیتی است که در مقایسه با خازن های الکترولیتی کلاسیک دارای ظرفیت الکتریکی بسیار بالایی (در حد چند هزار فاراد) با ولتاژ کاری 2-3 ولت است. بزرگترین مزیت ابرخازن ها این است زمان شارژ و دشارژ بسیار کوتاه در مقایسه با سایر دستگاه های ذخیره انرژی (مانند باتری). این به شما امکان می دهد منبع تغذیه را افزایش دهید 10 کیلو وات به ازای هر کیلوگرم وزن خازن.
یکی از مدل های فوق خازن های موجود در بازار.
دستاوردهای آزمایشگاهی
ماه های اخیر اطلاعات زیادی در مورد نمونه های اولیه ابرخازن جدید به ارمغان آورده است. در پایان سال 2016، برای مثال، متوجه شدیم که گروهی از دانشمندان دانشگاه فلوریدا مرکزی فرآیند جدید برای ایجاد ابرخازن، صرفه جویی در انرژی بیشتر و تحمل بیش از 30 XNUMX. چرخه شارژ/دشارژ Nitin Chowdhary، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی به رسانه ها گفت: اگر باتری ها را با این ابرخازن ها تعویض کنیم، نه تنها می توانیم گوشی هوشمند را در چند ثانیه شارژ کنیم، بلکه برای بیش از یک هفته استفاده کافی است. . دانشمندان فلوریدا ابرخازن‌هایی را از میلیون‌ها سیم ریز که با یک ماده دو بعدی پوشانده شده‌اند، ایجاد کردند. رشته های کابل رسانای بسیار خوبی برای الکتریسیته هستند که امکان شارژ و تخلیه سریع خازن را فراهم می کنند و مواد دو بعدی پوشش دهنده آنها امکان ذخیره مقادیر زیادی انرژی را فراهم می کند.
دانشمندان دانشگاه تهران در ایران که ساختارهای مس متخلخل را در محلول‌های آمونیاک به عنوان ماده الکترود تولید می‌کنند، به مفهومی تا حدودی مشابه پایبند هستند. بریتانیایی ها نیز به نوبه خود ژل هایی مانند ژل هایی که در لنزهای تماسی استفاده می شود را انتخاب می کنند. شخص دیگری پلیمرها را به کارگاه برد. تحقیقات و مفاهیم در سراسر جهان بی پایان است.
دانشمندان درگیر در پروژه ELECTROGRAPH (الکترودهای مبتنی بر گرافن برای کاربردهای ابرخازن)، با بودجه اتحادیه اروپا، روی تولید انبوه مواد الکترود گرافن و استفاده از الکترولیت‌های مایع یونی سازگار با محیط زیست در دمای اتاق کار کرده است. دانشمندان این انتظار را دارند گرافن جایگزین کربن فعال خواهد شد (AC) در الکترودهای ابرخازن ها استفاده می شود.
محققان در اینجا اکسیدهای گرافیت را تولید کردند، آنها را به صفحات گرافن تقسیم کردند و سپس ورقه ها را در یک ابرخازن جاسازی کردند. در مقایسه با الکترودهای مبتنی بر AC، الکترودهای گرافن دارای خواص چسبندگی بهتر و ظرفیت ذخیره انرژی بالاتری هستند.
سوار شدن به مسافران - تراموا شارژ می شود
مراکز علمی مشغول تحقیق و نمونه‌سازی هستند و چینی‌ها ابرخازن‌ها را عملی کرده‌اند. شهر ژوژو، استان هونان، اخیراً اولین تراموای ساخت چین را با نیروی ابرخازن (2) رونمایی کرد که به این معنی است که نیازی به خط هوایی ندارد. تراموا با پانتوگراف های نصب شده در ایستگاه ها تغذیه می شود. شارژ کامل حدود 30 ثانیه طول می کشد، بنابراین در هنگام سوار شدن و پیاده شدن مسافران انجام می شود. این به وسیله نقلیه اجازه می دهد تا 3-5 کیلومتر را بدون نیروی خارجی طی کند که برای رسیدن به ایستگاه بعدی کافی است. علاوه بر این، در هنگام ترمزگیری تا 85 درصد انرژی را بازیابی می کند.
امکانات برای استفاده عملی از ابرخازن ها متعدد است - از سیستم های انرژی، سلول های سوختی، سلول های خورشیدی گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی. اخیراً توجه متخصصان به استفاده از ابرخازن ها در خودروهای الکتریکی هیبریدی جلب شده است. یک پیل سوختی دیافراگمی پلیمری یک ابرخازن را شارژ می کند که سپس انرژی الکتریکی مورد استفاده برای تامین انرژی موتور را ذخیره می کند. چرخه های شارژ/دشارژ سریع SC را می توان برای هموارسازی حداکثر توان مورد نیاز پیل سوختی استفاده کرد و عملکرد تقریباً یکنواختی را ارائه داد.
به نظر می رسد که ما در آستانه انقلاب ابرخازن هستیم. با این حال، تجربه نشان می دهد که ارزش دارد از شور و شوق زیاد جلوگیری کنید تا گیج نشوید و با یک باتری قدیمی خالی در دستان خود باقی نمانید.
