Заряд Ультра

В 1995 году небольшой флот инновационных электробусов начали курсировать по 15-минутным маршрутам через парк на северной окраине Москвы. Десять лет спустя к их высокотехнологичным рядам присоединились несколько десятков морских портовых кранов в Азии, пара легкорельсовых поездов в Европе и батальон мусоровозов в США.

Небольшое количество транспортных средств общественного транспорта и промышленных машин может показаться одной слабой революцией, но они действительно революционны. В отличие от большинства своих электрических родственников, все эти автомобили имеют одну общую особенность: они не работают от батарей. Вместо этого они питаются от ультраконденсаторов, которые представляют собой усовершенствованную версию проверенной рабочей лошадки электротехники — конденсатора.

Группа ультраконденсаторов высвобождает заряд энергии, помогая крану поднять груз; затем они улавливают энергию, выделяющуюся во время спуска, для перезарядки. Автобусы, трамваи и мусоровозы, приводимые в движение этими устройствами, проезжают короткие отрезки времени, прежде чем остановиться, и именно во время торможения ультраконденсаторы могут частично подзарядиться за счет энергии, которая обычно тратится впустую, давая транспортным средствам большую часть энергии, необходимой им для достижения цели. следующие пункты назначения.

Поскольку при этом не происходит никакой химической реакции, ультраконденсаторы, также известные как суперконденсаторы и двухслойные конденсаторы, гораздо более эффективны при быстром регенеративном хранении энергии, чем химические батареи. Более того, аккумуляторные батареи обычно разлагаются в течение нескольких тысяч циклов зарядки-разрядки. За год легкорельсовый транспорт может пройти до 300 000 циклов зарядки, что намного больше, чем может выдержать аккумулятор. (Хотя для решения этой проблемы можно использовать системы накопления энергии с маховиком, для передачи энергии необходима тяжелая и сложная система передачи.)

Взаимодействие между батареями и конденсаторами — двумя самыми прочными и старейшими компонентами электротехники — растет до такой степени, что вскоре ультраконденсаторы могут стать почти такими же незаменимыми для портативного электричества, как сейчас батареи.

Ультраконденсаторы уже повсюду. Миллионы из них обеспечивают резервное питание памяти, используемой в микрокомпьютерах и мобильных телефонах. Они также снабжают короткими порциями энергии многочисленные потребительские товары, содержащие батарейки. Например, в камере ультраконденсатор может продлить срок службы батареи, обеспечивая возможность выполнения энергоемких функций, таких как увеличение изображения для съемки крупным планом.

Возможно, самым интересным является то, что ультраконденсаторы могут сделать для электромобилей. Их изучают в качестве замены аккумуляторов в гибридных автомобилях. В обычных автомобилях они могут помочь выровнять нагрузку на аккумулятор, обеспечивая ускорение и рекуперацию энергии во время торможения. Наиболее губительными для срока службы аккумулятора являются моменты, когда он подвергается сильноточным импульсам и слишком быстро заряжается или разряжается. Удобно, что передача или прием энергии во время кратковременных событий — самая сильная сторона ультраконденсатора. А поскольку конденсаторы хорошо работают при температурах до –40 C, они могут дать электромобилям импульс в холодную погоду, когда батареи находятся в худшем состоянии.

Коммерчески доступные ультраконденсаторы уже в некоторой степени удовлетворяют эти потребности и могут обеспечить во много раз большую мощность, чем батареи того же веса или размера. Но с точки зрения количества энергии, которую они могут удерживать, ультраконденсаторы сильно отстают. Основное отличие состоит в том, что батареи хранят энергию в объеме материала, тогда как все виды конденсаторов хранят энергию только на поверхности материала. Подобно батарее, ультраконденсатор заполнен ионным раствором — электролитом — а его токосъемники прикрепляются к электродам и проводят ток к ним и от них. Коллекторы покрыты тонкой пленкой активированного угля, площадь поверхности которой на несколько порядков больше, чем у обычных конденсаторов. Площадь поверхности в конструкциях ультраконденсаторов до сих пор ограничивалась ограничениями пористости активированного угля.