Перспективы электродвигателей на суперконденсаторах...
Суперконденсаторы как перспектива для электродвигателя: эффективность новых технологий
В связи с ростом мирового спроса на энергоносители, существует проблема рационального использования ограниченных ресурсов энергии. Решения требует вопрос о снижении потребления энергии одним из основных энергоемких направлений, к которому относится транспорт. На его долю приходится более 20% от общего объема первичной энергии в мире, а также наибольшее часть загрязнения окружающей среды.
В автомобильной промышленности активно ведутся разработки альтернативных видов топлива и высокоэффективных устройств накопления и сбережения энергии для электромобилей, грузового транспорта, самолетов и поездов.
Первые работы по разработке электрохимических конденсаторов проводились в середине 19 века Гемгольцем. Тогда же им было теоретически описано строение двойного электрического слоя на поверхности электродов и предсказание использования данного явления в устройствах для запасания энергии.
Первые практические результаты научных работ, связанных с применением суперконденсаторов относятся к середине 20 века, когда появился широкий круг материалов, позволяющих практически реализовать идею суперконденсатора. С другой стороны, разработку новых типов конденсаторов подстегивала потребность промышленности в мощных, быстро заряжаемых источниках тока с большим ресурсом.
В настоящий момент можно выделить несколько типов суперконденсаторных батарей по области применения для автомобилестроения:
- пусковые - подключаются параллельно стартерной аккумуляторной батареи для улучшения пусковых качеств и длительности жизни последней
- для поддержки питания мощных автомобильных акустических систем
- буферные - для использования в гибридных автомобилях, отличаются относительно низкой емкостью и большой выходной мощностью
- тяговые - для применения в качестве основного источника питания электромобиля.
Электродвигатели уже в ближайшем будущем станут основой практически всех силовых агрегатов транспортных средств в долгосрочной перспективе. Электрические приводы, независимо от происхождения источника питания, потребуют малогабаритных устройств для хранения или накопления электрической энергии, таких как суперконденсаторы и батареи или их комбинация.
Суперконденсаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами в автомобильной промышленности. Они очень хорошо выдерживают резкие перепады напряжения и делают возможным сверхбыстрое накопление, хранение и подачу электрической энергии, необходимой для автомобильной промышленности. Они легкие и подходят для накопления или предоставления больших токов, что связано, прежде всего, с рекуперативным торможением и ускорением полного дросселя. Они позволяют нашим инженерам минимизировать электрические ударные нагрузки, которые сильно сокращают срок службы аккумулятора, а также позволяют лучше управлять "быстрыми изменениями состояния" в определенных случаях. Наконец, они должны пережить срок эксплуатации транспортного средства - суперконденсаторы имеют очень большой срок службы и могут выдерживать огромное количество циклов перзарядки.
Электрический самолет VoltAir на солнечных батареях от EADS был представлен на 49 биеннале Paris Airshow 2011.
Международная конференция AABC 2011 по электромобилям в Германии
Используя собственную методику обработки наноуглеродных материалов и наноалмазов, американские ученые из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, США (DNI), под руководством украинского ученого, профессора Юрия Гогоци разработали целый ряд новых материалов и технологий для производства сверхемких суперконденсаторов различного применения - включая автомобильную и авиационну промышленность, электронику. Для микроэлектроники ими разработана новая револющионная технологию производства миниатюрных суперконденсаторов. Ее суть заключается в изготовлении электродов конденсатора - методом осаждения на подложку из диоксида кремния углеродистой пленки толщиной несколько микрометров, которую образуют, так называемые, нанолуковицы - множество углеродных наносфер, вложенных одна в другую, наподобие многослойности луковиц или матрешек.
Технология обладает потенциалом выхода суперконденсаторов совместимых с изготовлением кремниевых микрочипов и может похвастаться высокой плотностью мощности и практически бесконечным циклом жизни устройства.
Рис.: по материалам http://nano.materials.drexel.edu
Область применения новой технологии производства компактных и ёмких накопителей энергии, благодаря практически неисчерпаемому ресурсу суперконденсаторов, может быть довольно широкой : как перезаряжаемый источник постоянного тока, они могут использоваться в приборостроении, энергетике, так и в автомобилестроении, машиностроении и электротехнике. Многочисленные работы этой научной группы по суперконденсаторам и источникам энергии, совметно с учеными из других университетов, последние несколько лет публикуются в лучших нучных журналах мира, докладываются на большинстве крупных международных конференций и симпозиумов и признаны самыми передовыми в своей области.
Дополнительно Вы можете: Прослушать интеръвью с профессором Ю.Г.Гогоци на тему ближайшей перспективы применеия наноуглеродных матералов, даное им авторитетному ресурсу Materials Today (аудиофайл запускается автоматически через несколько секунд после перехода по ссылке).
Тематические статьи на сайте:
Группой американских ученых из Университета Дрекселя разработана нанотехнология суперконденсаторов
Награждение международной премией R&D 100 Award 2009 Университета Дрекселя и Y-Carbon Inc.
Международная научная конференция MRS Fall Meeting 2009 в Бостоне
Некоторые научные публикации по суперконденсаторам исследовательской группы Института Нанотехнологий Университета Дрекселя ( Drexel Nanotechnology Institute, USA) под руководством профессора Юрия Гогоци:
1. V. Presser, L. Zhang, J.J. Niu, J. McDonough, C. Perez, H. Fong, Y. Gogotsi, Flexible Nano-felts of Carbide-Derived Carbon with Ultra-high Power Handling Capability. Advanced Energy Materials, 1, 423-430 (2011)
2. J. Chmiola, C. Largeot, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, Monolithic Carbide-Derived Carbon Films for Micro-Supercapacitors, Science, 238, 480-483 (2010)
3. P. Simon, Y. Gogotsi, Charge Storage Mechanism in Nanoporous Carbons and Its Consequence for Electrical Double Layer Capacitors, Philosophical Transactions of the Royal Society A, 368, 3457–3467 (2010)
4. V. Pelletier, S. Bhattacharyya, I. Knoke, F. Forohar, M. Michay, Y. Gogotsi, Nanoenergetics: Copper Azide Confined Inside Carbon Nanotubes, Adv. Funct. Mater. (2010) DOI : 10.1002/adfm.201000858
5. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology Newsletter. (2010) DOI:10.1038/nnano.2010.162
6. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, P.-L. Taberna, P. Simon, Ultrahigh power electrochemical micro-capacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology 5, 651-654 (2010)J.
7. Segalini, B. Daffos, P.L. Taberna, Y. Gogotsi, P. Simon, Qualitative Electrochemical Impedance Spectroscopy study of ion transport into sub-nanometer carbon pores in Electrochemical Double Layer Capacitor Electrodes, Electrochimica Acta, 55 (25) 7489-7494 (2010)
8. P. Simon, Y. Gogotsi, "Materials for Electrochemical Capacitors" // Nature Materials, 2008, 7 (11), 845 - 854
9. J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P. Simon, P. L. Taberna, "Anomalous Increase in Carbon Capacitance at Pore Sizes Less Than 1 Nanometer" // Science, 2006, 313, 1760 - 1763
|
