Supercondensateurs - super et même ultra
La question de l'efficacité, de la vitesse, de la capacité et de la sécurité des batteries devient aujourd'hui l'un des principaux problèmes mondiaux. Au sens où le sous-développement dans ce domaine menace de faire stagner toute notre civilisation technique.
Nous avons récemment écrit sur l'explosion des batteries lithium-ion dans les téléphones. Leur capacité encore insatisfaisante et leur charge lente ont certainement agacé plus d'une fois Elon Musk ou tout autre passionné de véhicules électriques. Nous entendons parler de diverses innovations dans ce domaine depuis de nombreuses années, mais il n'y a toujours pas de percée qui donnerait quelque chose de mieux dans l'utilisation quotidienne. Cependant, depuis un certain temps, on parle beaucoup du fait que les batteries peuvent être remplacées par des condensateurs à charge rapide, ou plutôt leur "super" version.
Pourquoi les condensateurs ordinaires n'espèrent-ils pas une percée? La réponse est simple. Un kilogramme d'essence équivaut à environ 4 kilowattheures d'énergie. La batterie du modèle Tesla a environ 30 fois moins d'énergie. Un kilogramme de masse de condensateur n'est que de 0,1 kWh. Inutile d'expliquer pourquoi les condensateurs ordinaires ne conviennent pas à un nouveau rôle. La capacité d'une batterie lithium-ion moderne devrait être plusieurs centaines de fois plus grande.
Un supercondensateur ou ultracondensateur est un type de condensateur électrolytique qui, par rapport aux condensateurs électrolytiques classiques, a une capacité électrique extrêmement élevée (de l'ordre de plusieurs milliers de farads), avec une tension de fonctionnement de 2-3 V. Le plus grand avantage des supercondensateurs est temps de charge et de décharge très courts par rapport à d'autres dispositifs de stockage d'énergie (par exemple, des batteries). Cela vous permet d'augmenter l'alimentation pour 10 kW par kilogramme de poids de condensateur.
Un des modèles d'ultracondensateurs disponibles sur le marché.
Réalisations en laboratoires
Ces derniers mois ont apporté beaucoup d'informations sur les nouveaux prototypes de supercondensateurs. Fin 2016, on apprenait par exemple qu'un groupe de scientifiques de l'Université de Floride centrale avait créé nouveau procédé de création de supercondensateurs, économisant plus d'énergie et résistant à plus de 30 XNUMX. cycles de charge/décharge. Si on remplaçait les batteries par ces supercondensateurs, non seulement on pourrait recharger un smartphone en quelques secondes, mais cela suffirait pour plus d'une semaine d'utilisation, a déclaré Nitin Chowdhary, membre de l'équipe de recherche, aux médias. . Des scientifiques de Floride créent des supercondensateurs à partir de millions de microfils recouverts d'un matériau bidimensionnel. Les brins du câble sont de très bons conducteurs de l'électricité, permettant une charge et une décharge rapides du condensateur, et le matériau bidimensionnel qui les recouvre permet le stockage de grandes quantités d'énergie.
Des scientifiques de l'Université de Téhéran en Iran, qui produisent des structures de cuivre poreux dans des solutions d'ammoniac comme matériau d'électrode, adhèrent à un concept quelque peu similaire. Les Britanniques, quant à eux, optent pour des gels comme ceux utilisés dans les lentilles de contact. Quelqu'un d'autre a apporté les polymères à l'atelier. Les recherches et les concepts sont innombrables dans le monde entier.
Des scientifiques impliqués dans Projet ELECTROGRAPHE (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financé par l'UE, travaille sur la production de masse de matériaux d'électrodes en graphène et sur l'application d'électrolytes liquides ioniques respectueux de l'environnement à température ambiante. Les scientifiques s'attendent à ce que le graphène remplacera le charbon actif (AC) est utilisé dans les électrodes des supercondensateurs.
Les chercheurs ont produit ici des oxydes de graphite, les ont divisés en feuilles de graphène, puis ont intégré les feuilles dans un supercondensateur. Par rapport aux électrodes à base de courant alternatif, les électrodes de graphène ont de meilleures propriétés adhésives et une plus grande capacité de stockage d'énergie.
Embarquement des passagers - le tram charge
Les centres scientifiques sont engagés dans la recherche et le prototypage, et les Chinois ont mis en pratique les supercondensateurs. La ville de Zhuzhou, dans la province du Hunan, a récemment dévoilé le premier tramway de fabrication chinoise alimenté par des supercondensateurs (2), ce qui signifie qu'il ne nécessite pas de ligne aérienne. Le tramway est alimenté par des pantographes installés aux arrêts. Une charge complète prend environ 30 secondes, elle a donc lieu lors de l'embarquement et du débarquement des passagers. Cela permet au véhicule de parcourir 3 à 5 km sans alimentation externe, ce qui est suffisant pour se rendre au prochain arrêt. De plus, il récupère jusqu'à 85% d'énergie au freinage.
Les possibilités d'utilisation pratique des supercondensateurs sont nombreuses - des systèmes énergétiques, des piles à combustible, des cellules solaires aux véhicules électriques. Récemment, l'attention des spécialistes s'est portée sur l'utilisation des supercondensateurs dans les véhicules électriques hybrides. Une pile à combustible à membrane polymère charge un supercondensateur, qui stocke ensuite l'énergie électrique utilisée pour alimenter un moteur. Les cycles de charge/décharge rapides du SC peuvent être utilisés pour lisser la puissance de crête requise de la pile à combustible, offrant des performances presque uniformes.
Il semble que nous soyons déjà au seuil de la révolution des supercondensateurs. L'expérience montre cependant qu'il vaut la peine de contenir les excès d'enthousiasme pour ne pas s'embrouiller et ne pas se retrouver avec une vieille batterie déchargée entre les mains.
