Суперконденсатор, как устройство накопления энергии и защиты автономных энергосистем

Современный мир портативных электронных устройств, гаджетов, гибридного транспорта, интеллектуальных сетей (Smart-grid), требует всё более эффективных методов накопления и хранения электрической энергии.

Традиционными источниками энергии для этих применений являлись конденсаторы и батареи. Однако ни один из них не лишен недостатков.

Так, конденсатор демонстрирует высокую скорость зарядки и разрядки (т.е. обладает значительной удельной емкостью), но при этом не способен запасать большого количества энергии.

Аккумулятор, в свою очередь, имеет большую емкость, но небольшая скорость перезарядки не позволяет развить значительную мощность. К тому же, аккумулятор демонстрирует ограниченное число циклов заряда-разряда.

Проблемы этих приборов позволяет решить достаточно новый тип устройств – суперконденсаторы, который сочетает в себе емкостные характеристики батарей, мощностные характеристики конденсаторов, и при этом демонстрирует продолжительный жизненный цикл.

Суперконденсатор – это электрохимический источник тока, накопление заряда в котором происходит на границе электрод-электролит.

В настоящее время для увеличения емкости суперконденсаторов активно используются всевозможные структуры углерода – нанотрубки, графен и т.д. И, не смотря на то, что на рынке уже есть суперконденсаторы на основе углеродных нанотрубок, такие устройства не лишены недостатков. Во-первых, наблюдается срастание нанотрубок между собой в результате многократной перезарядки, что приводит к неконтролируемому изменению рабочих характеристик прибора во время работы. А во-вторых, термический бюджет процесса синтеза (температура около 800С) УНТ не позволяет использовать их в интегральной технологии.

В качестве решения предлагается использовать альтернативные материалы электродов. На данный момент нашей группой исследованы и созданы технологии низкотемпературного (температура около 300С) синтеза углеродных структур в виде наностолбиков и электрохимического выращивания наноструктурированного золота. Подобные структуры не только не уступают углеродным нанотрубкам по рабочим характеристикам, но и имеют ряд преимуществ. Так, низкая температура синтеза углеродных наностолбиков позволяет включить этот процесс в интегральную технологию микроэлектроники. Суперконденсаторы на основе углеродных наностолбиков можно выполнить в виде планарного устройства, что позволит использовать его в качестве нагрузочной емкости для "гашения" внезапных скачков в напряжении электропитания в интегральных микросхемах и системах управления,  что позволит значительно повысить помехозащищенность, срок службы и надежность работы этих систем.

С другой стороны, процесс электрохимического осаждения наноструктурированного золота, несмотря на относительную дороговизну исходного материала, является очень простым и технологичным, что при промышленном производстве позволит снизить цену электродов на их основе до уровня аналогов, при этом подобные суперконденсаторы, в отличии от устройств на основе УНТ, обладают значительно более высокой стабильностью характеристик, благодаря отличным коррозионным свойствам золота. Емкость суперконденсаторов на основе наноструктурированного золота оценивается на уровне тысяч Фарад, что позволит использовать данные устройства для накопления значительного количества энергии для работы гаджетов, автономных систем, электротранспорта.

Рейтинг проекта +8

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Алексей Никитин Могли бы Вы привести в численных значениях прогнозируемый преимущества Вашего суперконденсатора?
Ответить 0 21 мая 2013 в 14:06
Егор Лебедев Алексей, здравствуйте! На данный момент работа находится на уровне научно-исследовательской, поэтому о конкретных цифрах говорить пока сложно. Но должен сказать, что в ходе лабораторных испытаний экспериментальных образцов, которые имели размеры 5-ти рублевой монеты, была зафиксирована емкость порядка 10 Фарад.
Ответить 0 21 мая 2013 в 19:49
Андрей Чулкин Скажите пожалуйста, что в вашем устройстве используется в качестве электролита? Спасибо!
Ответить 0 22 мая 2013 в 09:00
Егор Лебедев Андрей, добрый день! Ваш вопрос затрагивает одну из главных составляющих конструкции суперконденсатора - электролит. Мы проводили измерения с традиционными типами электролитов - и кислотными, и щелочными. Использовали водные растворы серной, соляной и ортофосфорной кислот, а также водные растворы щелочей натрия и калия. Разумеется, из-за того, что электролиты являлись водными растворами, высоких напряжений мы не подавали на структуры. В настоящее время ведется поиск и исследование нескольких типов электролитов - это и полимерные, и ионные жидкости. Также есть идеи создания новых типов электролитов на основе нанодисперсных частиц, которые способствовали бы мицеллообразованию. Если у вас есть идеи по этому поводу, опыт работы и возможность, то будем очень рады включить вас в нашу команду, которая состоит в основном из аспирантов и студентов, для проведения совместных исследований. Вся контактная информация есть на этом сайте.
Ответить 0 22 мая 2013 в 12:33
ignatt trofimov

Силовой трансформатор (который знают все) имеет ПЯТЬ технических ошибок. За эти ошибки платит любой потребитель эл. энергии. Эти ошибки стоят для одного трансформатора 8640 рублей в сутки и 300 000 рублей в месяц. Для каждого потребителя это + 40 % от суммы оплаты за потребленную эл. энергию. Имеется трансформатор лишенный этих ошибок, промышленный образец. Нет ни одного человека желающего патентовать на свое имя или свою фирму и заниматься производством. Продается тема, но она никому не нужна.

Ответить 0 31 мая 2019 в 16:27
Андрей Ноунейм

Добрый день. Как известно конденсатор не может запасать активную мощность, которая собственно и нужна энергосистеме, а является исключительно источником реактивной мощности. Как с этим обстоит дело у Вашего устройства ?

Сергей Фотианов

стесняюсь спросить, а если к заряженному кондёру подключить нагрузку (резистор), - на нём какая мощность выделится? реактивная?

Ответить 0 31 мая 2019 в 16:29
Александр Видинеев

Здравствуйте! Емкость суперконденсатора не является определяющим параметром без учета его внутреннего сопротивления. В свою очередь, внутреннее сопротивление суперконденсатора напрямую влияет на величину его разрядного тока, а значит на возможность быстрой отдачи накопленной энергии. Простой пример: уже сейчас в свободной продаже имеются ионисторы (суперконденсаторы) на несколько десятков фарад, но их внутреннее сопротивление настолько велико, что с их помощью невозможно запитать мощную нагрузку, ток разряда не превышает нескольких десятков-сотен миллиампер. Их применение - в портативных светодиодных фонариках, и в устройствах энергонезависимой памяти. Как в вашем проекте реализована эта проблема?

Ответить +1 14 мая 2015 в 14:00

Добавление комментария