Superkapasitor - super dan bahkan ultra
Isu efisiensi baterai, kecepatan, kapasitas dan keamanan kini menjadi salah satu masalah global utama. Dalam arti bahwa keterbelakangan di bidang ini mengancam stagnasi seluruh peradaban teknis kita.
Kami baru-baru ini menulis tentang meledaknya baterai lithium-ion di telepon. Kapasitas mereka yang masih belum memuaskan dan pengisian yang lambat tentu telah membuat Elon Musk atau penggila kendaraan listrik lainnya kesal lebih dari sekali. Kami telah mendengar tentang berbagai inovasi di bidang ini selama bertahun-tahun, tetapi masih belum ada terobosan yang akan memberikan sesuatu yang lebih baik dalam penggunaan sehari-hari. Namun, untuk beberapa waktu sekarang ada banyak pembicaraan tentang fakta bahwa baterai dapat diganti dengan kapasitor pengisian cepat, atau lebih tepatnya versi "super" mereka.
Mengapa kapasitor biasa tidak mengharapkan terobosan? Jawabannya sederhana. Satu kilogram bensin adalah sekitar 4. kilowatt-jam energi. Baterai dalam model Tesla memiliki energi sekitar 30 kali lebih sedikit. Satu kilogram massa kapasitor hanya 0,1 kWh. Tidak perlu menjelaskan mengapa kapasitor biasa tidak cocok untuk peran baru. Kapasitansi baterai lithium-ion modern harus beberapa ratus kali lebih besar.
Superkapasitor atau ultrakapasitor adalah jenis kapasitor elektrolitik yang, dibandingkan dengan kapasitor elektrolitik klasik, memiliki kapasitansi listrik yang sangat tinggi (dalam urutan beberapa ribu farad), dengan tegangan operasi 2-3 V. Keuntungan terbesar dari superkapasitor adalah waktu pengisian dan pemakaian yang sangat singkat dibandingkan dengan perangkat penyimpanan energi lainnya (misalnya baterai). Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan catu daya ke 10 kW per kilogram berat kapasitor.
Salah satu model ultrakapasitor yang tersedia di pasaran.
Prestasi di laboratorium
Beberapa bulan terakhir telah membawa banyak informasi tentang prototipe superkapasitor baru. Pada akhir 2016, kami mengetahui, misalnya, bahwa sekelompok ilmuwan dari University of Central Florida menciptakan proses baru untuk membuat superkapasitor, menghemat lebih banyak energi dan menahan lebih dari 30 XNUMX. siklus pengisian/pengosongan. Jika kita mengganti baterai dengan superkapasitor ini, kita tidak hanya dapat mengisi daya smartphone dalam hitungan detik, tetapi itu akan cukup untuk penggunaan lebih dari seminggu, Nitin Chowdhary, anggota tim peneliti, mengatakan kepada media. . Ilmuwan Florida membuat superkapasitor dari jutaan kabel mikro yang dilapisi dengan bahan dua dimensi. Untaian kabel adalah konduktor listrik yang sangat baik, memungkinkan pengisian dan pengosongan kapasitor dengan cepat, dan bahan dua dimensi yang menutupinya memungkinkan penyimpanan energi dalam jumlah besar.
Para ilmuwan dari Universitas Teheran di Iran, yang memproduksi struktur tembaga berpori dalam larutan amonia sebagai bahan elektroda, menganut konsep yang agak mirip. Inggris, pada gilirannya, memilih gel seperti yang digunakan dalam lensa kontak. Orang lain membawa polimer ke bengkel. Penelitian dan konsep tidak ada habisnya di seluruh dunia.
Ilmuwan yang terlibat dalam proyek ELEKTROGRAPH (Elektroda Berbasis Grafena untuk Aplikasi Superkapasitor), didanai oleh UE, telah mengerjakan produksi massal bahan elektroda graphene dan penerapan elektrolit cair ionik yang ramah lingkungan pada suhu kamar. Para ilmuwan mengharapkan itu graphene akan menggantikan karbon aktif (AC) digunakan dalam elektroda superkapasitor.
Para peneliti menghasilkan oksida grafit di sini, membaginya menjadi lembaran-lembaran graphene, dan kemudian memasukkan lembaran-lembaran itu ke dalam superkapasitor. Dibandingkan dengan elektroda berbasis AC, elektroda graphene memiliki sifat perekat yang lebih baik dan kapasitas penyimpanan energi yang lebih tinggi.
Naik penumpang - trem sedang diisi
Pusat sains terlibat dalam penelitian dan pembuatan prototipe, dan orang Cina telah mempraktikkan superkapasitor. Kota Zhuzhou, Provinsi Hunan, baru-baru ini meluncurkan trem buatan China pertama yang ditenagai oleh superkapasitor (2), yang berarti tidak memerlukan saluran udara. Trem ini didukung oleh pantograf yang dipasang di halte. Pengisian penuh membutuhkan waktu sekitar 30 detik, sehingga terjadi selama naik dan turun penumpang. Hal ini memungkinkan kendaraan untuk menempuh jarak 3-5 km tanpa daya eksternal, yang cukup untuk sampai ke perhentian berikutnya. Selain itu, ia memulihkan hingga 85% energi saat pengereman.
Kemungkinan penggunaan praktis superkapasitor sangat banyak - dari sistem energi, sel bahan bakar, sel surya hingga kendaraan listrik. Baru-baru ini, perhatian para spesialis tertuju pada penggunaan superkapasitor dalam kendaraan listrik hibrida. Sel bahan bakar diafragma polimer mengisi superkapasitor, yang kemudian menyimpan energi listrik yang digunakan untuk menyalakan mesin. Siklus pengisian/pengosongan cepat SC dapat digunakan untuk memperlancar daya puncak sel bahan bakar yang diperlukan, memberikan kinerja yang hampir seragam.
Tampaknya kita sudah berada di ambang revolusi superkapasitor. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa ada baiknya menahan antusiasme yang berlebihan agar tidak bingung dan tidak dibiarkan dengan baterai lama yang kosong di tangan Anda.
