Siêu tụ điện - siêu và thậm chí siêu
Vấn đề về hiệu quả, tốc độ, dung lượng và an toàn của pin hiện đang trở thành một trong những vấn đề toàn cầu chính. Theo nghĩa, sự kém phát triển trong lĩnh vực này có nguy cơ làm trì trệ toàn bộ nền văn minh kỹ thuật của chúng ta.
Gần đây chúng tôi đã viết về việc phát nổ pin lithium-ion trong điện thoại. Công suất vẫn không đạt yêu cầu và sạc chậm chắc chắn đã khiến Elon Musk hoặc bất kỳ người đam mê xe điện nào khác khó chịu hơn một lần. Chúng tôi đã nghe nói về nhiều cải tiến khác nhau trong lĩnh vực này trong nhiều năm, nhưng vẫn chưa có bước đột phá nào mang lại thứ gì đó tốt hơn trong sử dụng hàng ngày. Tuy nhiên, một thời gian gần đây có rất nhiều lời bàn tán về việc pin có thể được thay thế bằng tụ sạc nhanh, hay nói đúng hơn là phiên bản "siêu khủng" của chúng.
Tại sao tụ điện thông thường không hy vọng có một bước đột phá? Đáp án đơn giản. Một kg xăng có năng lượng xấp xỉ 4 kilowatt giờ. Pin trong mô hình Tesla có năng lượng ít hơn khoảng 30 lần. Một kilôgam khối lượng của tụ điện chỉ 0,1 kWh. Không cần phải giải thích tại sao tụ điện thông thường không thích hợp cho một vai trò mới. Điện dung của pin lithium-ion hiện đại sẽ phải lớn hơn vài trăm lần.
Siêu tụ điện hay siêu tụ điện là một loại tụ điện, so với các tụ điện cổ điển, có điện dung cực cao (theo thứ tự vài nghìn farads), với điện áp hoạt động là 2-3 V. Ưu điểm lớn nhất của siêu tụ điện là thời gian sạc và xả rất ngắn so với các thiết bị lưu trữ năng lượng khác (ví dụ: pin). Điều này cho phép bạn tăng nguồn cung cấp điện lên 10 kW cho mỗi kg trọng lượng tụ điện.
Một trong những mẫu siêu tụ điện hiện có trên thị trường.
Thành tựu trong phòng thí nghiệm
Những tháng gần đây đã mang lại nhiều thông tin về các nguyên mẫu siêu tụ điện mới. Ví dụ, vào cuối năm 2016, chúng tôi được biết rằng một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Trung tâm Florida đã tạo ra quy trình mới để tạo siêu tụ điện, tiết kiệm năng lượng hơn và chịu được hơn 30 XNUMX. chu kỳ sạc / xả. Nitin Chowdhary, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết, nếu thay pin bằng những siêu tụ điện này, chúng tôi không chỉ có thể sạc điện thoại thông minh trong vài giây mà còn đủ cho hơn một tuần sử dụng. . Các nhà khoa học Florida tạo ra siêu tụ điện từ hàng triệu dây viba được phủ một lớp vật liệu hai chiều. Các sợi của cáp là chất dẫn điện rất tốt, cho phép sạc và xả tụ điện nhanh chóng, và lớp vật liệu hai chiều bao phủ chúng cho phép lưu trữ một lượng lớn năng lượng.
Các nhà khoa học từ Đại học Tehran ở Iran, những người sản xuất cấu trúc đồng xốp trong dung dịch amoniac làm vật liệu điện cực, tuân theo một khái niệm hơi tương tự. Đến lượt mình, người Anh lại chọn các loại gel như loại dùng trong kính áp tròng. Một người khác đã đưa polyme đến xưởng. Nghiên cứu và các khái niệm là vô tận trên khắp thế giới.
Các nhà khoa học tham gia vào dự án ELECTROGRAPH (Điện cực dựa trên Graphene cho các ứng dụng siêu tụ điện), do EU tài trợ, đã và đang nghiên cứu sản xuất hàng loạt vật liệu điện cực graphene và ứng dụng chất điện phân lỏng ion thân thiện với môi trường ở nhiệt độ phòng. Các nhà khoa học mong đợi rằng graphene sẽ thay thế than hoạt tính (AC) được sử dụng trong các điện cực của siêu tụ điện.
Các nhà nghiên cứu đã sản xuất các oxit graphit tại đây, chia chúng thành các tấm graphene, sau đó nhúng các tấm này vào một siêu tụ điện. So với điện cực dựa trên AC, điện cực graphene có đặc tính kết dính tốt hơn và khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn.
Hành khách lên máy bay - xe điện đang sạc
Các trung tâm nghiên cứu đang tham gia nghiên cứu và tạo mẫu, và Trung Quốc đã đưa siêu tụ điện vào thực tế. Thành phố Zhuzhou, tỉnh Hồ Nam, gần đây đã trình làng chiếc xe điện đầu tiên do Trung Quốc sản xuất chạy bằng siêu tụ điện (2), có nghĩa là nó không cần đường dây trên không. Xe điện chạy bằng điện được lắp đặt tại các điểm dừng. Quá trình sạc đầy mất khoảng 30 giây, vì vậy nó sẽ diễn ra trong quá trình hành khách lên và xuống. Điều này cho phép xe đi được 3-5 km mà không cần nguồn điện bên ngoài, đủ để đến điểm dừng tiếp theo. Ngoài ra, nó còn hồi tới 85% năng lượng khi phanh.
Khả năng sử dụng siêu tụ điện trong thực tế là rất nhiều - từ hệ thống năng lượng, pin nhiên liệu, pin mặt trời cho đến xe điện. Gần đây, các chuyên gia đã chú ý đến việc sử dụng siêu tụ điện trong xe điện hybrid. Pin nhiên liệu có màng ngăn bằng polyme nạp năng lượng cho một siêu tụ điện, sau đó tích trữ năng lượng điện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ. Các chu kỳ sạc / xả nhanh của SC có thể được sử dụng để làm mịn công suất đỉnh cần thiết của pin nhiên liệu, mang lại hiệu suất gần như đồng nhất.
Có vẻ như chúng ta đã ở ngưỡng cửa của cuộc cách mạng siêu tụ điện. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy bạn nên kiềm chế sự nhiệt tình thái quá để không bị nhầm lẫn và không bị rơi vào tay một cục pin cũ đã cạn kiệt.
