Supercondensadores - super e incluso ultra

El tema de la eficiencia, velocidad, capacidad y seguridad de las baterías se está convirtiendo en uno de los principales problemas globales. En el sentido de que el subdesarrollo en esta área amenaza con estancar toda nuestra civilización técnica.

Recientemente escribimos sobre la explosión de baterías de iones de litio en los teléfonos. Su capacidad aún insatisfactoria y su carga lenta ciertamente han molestado más de una vez a Elon Musk o a cualquier otro entusiasta de los vehículos eléctricos. Hemos estado escuchando sobre varias innovaciones en esta área durante muchos años, pero todavía no hay un avance que brinde algo mejor en el uso diario. Sin embargo, desde hace algún tiempo se habla mucho de que las baterías se pueden sustituir por condensadores de carga rápida, o más bien por su versión "súper".

¿Por qué los capacitores ordinarios no esperan un gran avance? La respuesta es simple. Un kilogramo de gasolina es aproximadamente 4. kilovatios-hora de energía. La batería del modelo Tesla tiene unas 30 veces menos energía. Un kilogramo de masa de capacitor es solo 0,1 kWh. No es necesario explicar por qué los condensadores ordinarios no son adecuados para una nueva función. La capacitancia de una batería moderna de iones de litio tendría que ser varios cientos de veces mayor.

Un supercapacitor o ultracapacitor es un tipo de capacitor electrolítico que, en comparación con los capacitores electrolíticos clásicos, tiene una capacitancia eléctrica extremadamente alta (del orden de varios miles de faradios), con un voltaje de operación de 2-3 V. La mayor ventaja de los supercondensadores es tiempos de carga y descarga muy cortos en comparación con otros dispositivos de almacenamiento de energía (por ejemplo, baterías). Esto le permite aumentar la fuente de alimentación para 10 kW por kilogramo de peso del condensador.

Uno de los modelos de ultracondensadores disponibles en el mercado.

Logros en laboratorios

Los últimos meses han traído mucha información sobre nuevos prototipos de supercondensadores. A finales de 2016 supimos, por ejemplo, que un grupo de científicos de la Universidad de Florida Central creó nuevo proceso para crear supercondensadores, ahorrando más energía y aguantando más de 30 XNUMX. ciclos de carga/descarga. Si reemplazáramos las baterías por estos supercondensadores, no solo seríamos capaces de cargar un teléfono inteligente en segundos, sino que sería suficiente para más de una semana de uso, dijo a los medios Nitin Chowdhary, miembro del equipo de investigación. . . Científicos de Florida crean supercondensadores a partir de millones de microhilos recubiertos con un material bidimensional. Los hilos del cable son muy buenos conductores de electricidad, lo que permite una carga y descarga rápida del capacitor, y el material bidimensional que los cubre permite el almacenamiento de grandes cantidades de energía.

Los científicos de la Universidad de Teherán en Irán, que producen estructuras de cobre poroso en soluciones de amoníaco como material de electrodo, se adhieren a un concepto algo similar. Los británicos, por su parte, optan por geles como los que se utilizan en las lentillas. Alguien más llevó los polímeros al taller. La investigación y los conceptos son infinitos en todo el mundo.

científicos involucrados en proyecto ELECTROGRAFO (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financiado por la UE, ha estado trabajando en la producción en masa de materiales de electrodos de grafeno y la aplicación de electrolitos líquidos iónicos ecológicos a temperatura ambiente. Los científicos esperan que el grafeno reemplazará al carbón activado (AC) se utiliza en los electrodos de los supercondensadores.

Los investigadores produjeron óxidos de grafito aquí, los dividieron en láminas de grafeno y luego incrustaron las láminas en un supercondensador. En comparación con los electrodos basados ​​en CA, los electrodos de grafeno tienen mejores propiedades adhesivas y una mayor capacidad de almacenamiento de energía.

Embarque de pasajeros - el tranvía se está cargando

Los centros de ciencia se dedican a la investigación y la creación de prototipos, y los chinos han puesto en práctica los supercondensadores. La ciudad de Zhuzhou, provincia de Hunan, presentó recientemente el primer tranvía fabricado en China impulsado por supercondensadores (2), lo que significa que no requiere una línea aérea. El tranvía funciona con pantógrafos instalados en las paradas. Una carga completa tarda unos 30 segundos, por lo que se realiza durante el embarque y desembarque de los pasajeros. Esto permite que el vehículo viaje de 3 a 5 km sin energía externa, lo cual es suficiente para llegar a la siguiente parada. Además, recupera hasta el 85% de la energía al frenar.

Las posibilidades para el uso práctico de los supercondensadores son numerosas, desde sistemas de energía, celdas de combustible, celdas solares hasta vehículos eléctricos. Recientemente, la atención de los especialistas se ha centrado en el uso de supercondensadores en vehículos eléctricos híbridos. Una celda de combustible de diafragma de polímero carga un supercondensador, que luego almacena la energía eléctrica utilizada para impulsar un motor. Los ciclos rápidos de carga/descarga del SC se pueden utilizar para suavizar la potencia máxima requerida de la celda de combustible, proporcionando un rendimiento casi uniforme.

Parece que ya estamos en el umbral de la revolución de los supercondensadores. La experiencia demuestra, sin embargo, que vale la pena reprimir los excesos de entusiasmo para no confundirse y no quedarse con una batería vieja descargada en las manos.