ნანო-სუპერკონდენსატორები ელექტრო მანქანებისთვის

ნანო-სუპერკონდენსატორები ელექტრო მანქანებისთვის

გერმანიაში გზებზე 43 მილიონი მანქანიდან მხოლოდ 8000 არის ელექტრომოძრავი. მთავარი ფაქტორები, რომლებიც ხელს უშლის გერმანიის მემანქანეებს ელექტრომობილებზე გადასვლისგან, არის ინვესტიციის მაღალი ღირებულება, მათი მართვის მოკლე დიაპაზონი და დამტენი სადგურების ნაკლებობა. ელექტრო მანქანების მასობრივი მიღების გზაზე კიდევ ერთი მთავარი დაბრკოლება არის დატენვის დრო. ჩვეულებრივი მანქანების საწვავის შევსებასთან დაკავშირებული წუთები იმდენად მოკლეა, რომ სიტუაცია თითქმის შეუდარებელს ხდის. თუმცა, დატენვის ხანგრძლივობა შეიძლება მკვეთრად შემცირდეს სუპერკონდენსატორების ჩართვით. ესენი ალტერნატიული ენერგიის შესანახი მოწყობილობები სწრაფად იტენება და, შესაბამისად, შეუძლია უკეთესად შეუწყოს ხელი ეკონომიური ენერგიის გამოყენებას ელექტრო მანქანებში. მაგალითად, ტრადიციული ბენზინზე მომუშავე მანქანების გათვალისწინებით, დამუხრუჭების მოქმედება გარდაქმნის კინეტიკურ ენერგიას სითბოდ, რომელიც იფანტება და გამოუყენებელი ხდება. პირიქით, ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებებზე გენერატორებს შეუძლიათ გამოიყენონ კინეტიკური ენერგია მისი ელექტროენერგიად გარდაქმნით შემდგომი გამოყენებისთვის. ეს ელექტროენერგია ხშირად მოდის რყევებში და საჭიროებს შესანახ მოწყობილობებს, რომლებიც გაუძლებენ ენერგიის დიდ რაოდენობას მოკლე დროში. ამ მაგალითში, სუპერკონდენსატორები, რომლებსაც აქვთ უნარი დაიჭირონ და შეინახონ ეს გარდაქმნილი ენერგია მყისიერად, მთლიანად ჯდება სურათში. ბატარეებისგან განსხვავებით, რომლებიც გვთავაზობენ დატენვის/განმუხტვის შეზღუდულ სიჩქარეს, სუპერკონდენსატორების დამუხტვას მხოლოდ წამები სჭირდება და შეუძლიათ ელექტროენერგიის დაბრუნება კონდიცირების სისტემებში, დენის, რადიოში და ა.შ. საჭიროებისამებრ.

სწრაფი ენერგიის შესანახი მოწყობილობები გამოირჩევიან ენერგიისა და სიმძლავრის სიმკვრივის მახასიათებლებით - სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტროენერგიის რაოდენობა, რომელსაც მოწყობილობა შეუძლია მიაწოდოს მის მასასთან მიმართებაში და დროის მოცემულ პერიოდში. ცნობილია, რომ სუპერკონდენსატორები ფლობენ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივეს , რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია დიდი რაოდენობით ელექტროენერგიის მიწოდება ან დაჭერა მოკლე ხანგრძლივობის განმავლობაში, თუმცა დაბალი ენერგიის სიმკვრივის ნაკლებობა . ენერგიის რაოდენობა, რომელშიც სუპერკონდენსატორების შენახვა შეუძლიათ, ზოგადად ელექტროქიმიური ბატარეების დაახლოებით 10%-ია (როდესაც შედარებულია ერთი და იგივე წონის ორი მოწყობილობა). სწორედ აქ არის გამოწვევა და რის მოგვარებას ცდილობს პროექტი 'ElectroGraph'. ElectroGraph არის ევროკავშირის მხარდაჭერილი პროექტი და მისი კონსორციუმი შედგება ათი პარტნიორისგან როგორც კვლევითი ინსტიტუტებიდან, ასევე ინდუსტრიებიდან. . ამ პროექტის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა ახალი ტიპის სუპერკონდენსატორების შემუშავება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებული ენერგიის შესანახი შესაძლებლობებით. როდესაც პროექტი უახლოვდება დახურვის ფაზას ივლისში, პროექტის კოორდინატორმა Fraunhofer-ის წარმოების ინჟინერიისა და ავტომატიზაციის IPA-ს შტუტგარტში, კარსტენ გლანცმა განმარტა კონცეფცია და მიდგომა, რომელიც განხორციელდა მისი წარმატებული დასასრულის გზაზე: ”დაგროვების პროცესში, ელექტროენერგია არის ინახება ელექტროდის მასალაზე მიმაგრებული დამუხტული ნაწილაკების სახით“. ”ასე რომ, ენერგიის უფრო ეფექტურად შესანახად, ჩვენ დავაპროექტეთ მსუბუქი ელექტროდები უფრო დიდი, გამოსაყენებელი ზედაპირებით.”

გრაფენის ელექტროდები მნიშვნელოვნად აუმჯობესებენ ენერგოეფექტურობას

მრავალრიცხოვან ტესტებში მკვლევარმა და მისმა გუნდმა გამოიკვლია ნანომასალა გრაფენი , რომლის მაღალი სპეციფიური ზედაპირის ფართობი 2600 მ2/გ-მდე და მაღალი ელექტრული გამტარობა აშკარად ჩანს ელექტროდის მასალად გამოსაყენებლად. იგი შედგება ნახშირბადის ატომებისგან დამზადებული ულტრათხელი ერთფენიანი გისოსისაგან. როდესაც გამოიყენება როგორც ელექტროდი მასალა, ის მნიშვნელოვნად ზრდის ზედაპირის ფართობს იმავე რაოდენობის მასალით. ამ ასპექტიდან, გრაფენი აჩვენებს თავის პოტენციალს გააქტიურებული ნახშირბადის ჩანაცვლებაში - მასალა, რომელიც დღემდე გამოიყენება კომერციულ სუპერკონდენსატორებში - რომელსაც აქვს სპეციფიური ზედაპირის ფართობი 1000-დან 1800 მ2/გ-მდე.

' ელექტროდებს შორის სივრცე ივსება თხევადი ელექტროლიტით ”, - გამოავლინა გლანცმა. „ამ მიზნით ვიყენებთ იონურ სითხეებს. გრაფენზე დაფუძნებული ელექტროდები იონურ თხევად ელექტროლიტებთან ერთად წარმოადგენენ მასალის გაუმჯობესებულ კომბინაციას, სადაც ჩვენ შეგვიძლია ვიმუშაოთ უფრო მაღალ ძაბვაზე. „გრაფენის ფენების ისე მოწყობით, რომ ცალკეულ ფენებს შორის უფსკრული იყოს, მკვლევარებმა შეძლეს დაედგინათ წარმოების მეთოდი, რომელიც ეფექტურად გამოიყენებს ამ ნანომასალის შიდა ზედაპირის ფართობს. ეს ხელს უშლის გრაფენის ცალკეული ფენების ხელახლა ჩაყრას გრაფიტში, რაც შეამცირებს შესანახ ზედაპირს და, შესაბამისად, ენერგიის შენახვის მოცულობას. ' ჩვენმა ელექტროდებმა უკვე გადააჭარბა კომერციულად ხელმისაწვდომს ერთი 75 პროცენტით შენახვის ტევადობის თვალსაზრისით ”- ხაზს უსვამს ინჟინერი. ”მე წარმომიდგენია, რომ მომავლის მანქანებს ექნებათ ბატარეა, რომელიც დაკავშირებულია ბევრ კონდენსატორთან, რომელიც ვრცელდება მთელ მანქანაში, რომელიც აიღებს ენერგიის მიწოდებას მაღალი სიმძლავრის მოთხოვნის ფაზებზე, აჩქარების დროს, მაგალითად და კონდიცირების სისტემის შერწყმის დროს. ეს კონდენსატორები შეამსუბუქებენ დატვირთვას ბატარეაზე და დაფარავს ძაბვის მწვერვალებს მანქანის დაწყებისას. შედეგად, მასიური ბატარეების ზომა შეიძლება შემცირდეს. ”



ახალი ტექნოლოგიის წარმოდგენის მიზნით, ElectroGraph-ის კონსორციუმმა შეიმუშავა დემონსტრატორი, რომელიც შედგება სუპერკონდენსატორებისგან, რომლებიც დამონტაჟებულია მანქანის გვერდითი ხედვის სარკეში და დამუხტულია მზის ელემენტით ენერგიულად თვითკმარი სისტემაში. დემონსტრანტი გამოვლინდა მაისის ბოლოს Fraunhofer IPA-ში გავრცელების სემინარზე.