Применение ультраконденсатора в приборостроении Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
13-14 ноября 2015 г.
УДК 537.246
ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАКОНДЕНСАТОРА В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
И. А. Кузьмин, Р. А. Мирзин, А. Ф. Зарипов
Суперконденсатор (или ультраконденсатор) – это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред – электрода и электролита. Энергия в ультраконденсаторе содержится в виде статического заряда. Накопление совершается, если к его обкладкам будет приложена разность потенциалов (постоянное напряжение).Если в качестве обкладок привычных нам электролитических конденсаторов используется фольга, разделенная сухим сепаратором или оксидной пленкой, а в качестве электролита выступает концентрированный раствор щелочей или кислот, тосуперконденсатор – это комбинация конденсатора с электрохимической батареей.
Сепаратор
Активированный уголь
СI к С2
*-1|-\А/-1|-*
Рис.1 Состав суперконденсатора.
Суперконденсаторы на основе водного электролита обладают небольшим внутренним сопротивлением, что позволяет заряжать их в считанные секунды, однако максимальное напряжение на обкладках такого конденсатора не превышает 1 вольта.
[2]Ультраконденсаторы с органическим электролитом обладают большим внутренним сопротивлением и максимально допустимым напряжением 2-10 вольт(В).
Для питания электронных схем нужны более высокие напряжения, чем обеспечивают ультраконденсаторы. Для получения нужного напряжения их включают последовательно. 34 ультраконденсатораобеспечивают напряжение достаточной величины. Величина энергетической емкости конденсаторов измеряется в пикофарадах, нанофарадах и микрофарадах, в то время как емкость ультраконденсаторов (суперконденсаторов) на самом деле огромна и измеряется в фарадах (Ф). В ультраконденсаторах достижима энергетическая плотность от 1 до 10 Вт/кг. Она больше, чем у типичных конденсаторов, но меньше, чем у аккумуляторов. Относительно низкое внутреннее сопротивлениеультраконденсаторов обеспечивает хорошую проводимость.
К достоинствам суперконденсаторовотносят:
1.
большой срок службы;
2. малое внутреннее сопротивление – обеспечивает сглаживание импульсов (бросков) тока нагрузки, если ультраконденсатор включен параллельноаккумуляторной батарее;
Применение ультраконденсатора в приборостроении
3. быстрый заряд – в течение нескольких секунд из-за низкого внутреннего сопротивления;
4. работаультраконденсатора при любом напряжении, не превосходящем номинального;
5. неограниченное число циклов заряд/разряд;
6. отсутствие необходимости контроля за режимом зарядки;
7. использование простых методов заряда;
8. широкий диапазон рабочих температур: -25.
..+70 °С;. Недостатки ультраконденсаторов:
1. не обеспечивают достаточного накопления энергии;
2. маленькая энергетическая плотность;
4. для получения требуемого напряжения необходимо последовательное подключение не менее трех ультраконденсаторов;
5. высокий саморазряд.
6. относительно высокая стоимость [6]
Очень частоультраконденсаторы можно встретить в цифровой аппаратуре. Там они выполняют роль автономного или резервного источника питания для микроконтроллеров (IC’s), микросхем памяти (RAM’s), КМОП-микросхем (CMOS’s) или электронных часов (RTC). Благодаря этому даже при отключенном основном питании электронный прибор сохраняет заданные настройки и ход часов.
На приведенном ниже рисунке изображена схема включения ультраконденсатора в цепь с нагрузкой (рис.2). Диод служит для предотвращения саморазряда конденсатора, если отключить основное питание (обратные токи), резистор для ограничения тока зарядки конденсатора. Однако такой конденсатор будет линейно разряжаться с падением напряжения до порогового напряжения потребителя, что в свою очередь делает бесполезным часть заряда конденсатора. Например, если на нагрузке минимальное напряжение 2,5 вольта, а конденсатор на 5 вольт, то половина зарядаультраконденсатора себя не реализует. Однако этот недостаток не играет роли, если использовать ультраконденсатор в качестве фильтра в блоках питания, чтобы получить стабильный постоянный ток, без помех и наводок.
Применение суперконденсатора в паре с аккумуляторами немного повышает кпд, и многократно повышает срок службы аккумуляторов [4]. Так как последние при выдаче больших токов или при частых циклах заряда/разряда неизбежно портятся из-за эффектов памяти и перегрева. В рекуперативном торможении, и при старте с места идеально использовать именно суперконденсаторы.Однако это не предел в структуре и реализации ультраконденсаторов. Так совсем недавно ученыеиз университетаВандербильта (Нашвилл, Теннесси, США) далось создать ультраконденсатор из кремния. Они впервые в мире создали кремниевый ультраконденсатор методом травления кремниевой подложки и покрытия «вафли» графеном.Простота их подхода
Методы запасания электроэнергии и ее применение
VD1 R1
Рис.2 Схема включения ультраконденсатора
И.
сЫрё1р.гиМёео/1ё00027906723.10.15
2. Аvеr.ru-вся техника [Электронный ресурс]. Ультраконденсатор, суперконденсатор или ультраконденсатор. URL:
http://аvеr.ru/intеrеsnо/iоnistоr-supеrkоndеnsаtоr-ili-ultrаkоndеnsаtоr/23.10.15
3. Pоwеrinfо.ru [электронный ресурс]. Ультраконденсатор. URL: http://www.pоwеrinfо.ru/supеrcаpаcitоr.php23.10.15
4. Еfо-pоwеr [электронный ресурс]. Применение ультраконденсаторов в светодиодной светотехнике. URL: http://www.еfоpоwеr.ru/pub/pоwеr/Cаpаcitоrs/Mаxwеll/UC_LЕD_rus.pdf23.10.15
5. Sciеntificrеpоrts-научный журнал [электронный ресурс]. Поверхность инженерии пористого кремния для стабильных, высокопроизводительных электрохимических суперконденсаторов. URL: http://www.nаturе.cоm/srеp/2013/131022/srеp03 020/full/srep03 020.
html23.10.15
Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы » что это такое.
Тема: что такое суперконденсаторы, ионисторы и ультраконденсаторы.
Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) — это электрические устройства в которых накапливается заряд между двумя обкладками на границе раздела двух сред – электролитом и электродами. Вся энергия в данных устройствах имеется в виде статического электрозаряда. Накопление электроэнергии происходит за счёт приложения постоянного напряжения на его внешние выводы. Проще говоря — это простые конденсаторы, которые в отличие от обычных, имеют очень большую емкость (исчисляемую в фарадах).
Как Мы с Вами знаем, обычные конденсаторы имеют внутри обкладки из фольги, что разделены диэлектриком. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы), это уже своеобразное объединение работы емкости с электрохимической батареей.
В ионисторе используется специальный электролит и обкладки. В основном увеличение общей ёмкости ионистора происходит за счёт использования материалов имеющих очень большую собственную поверхностную площадь.
У ионистора обкладки бывают следующих типов: на основе активированного угля, проводящих полимеров и оксидов металлов. Применение сверхпористых угольных материалов даёт возможность получить общую плотность емкости в пределах 10 Фарад/см3 и даже больше. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) на основе актив. угля получаются более экономичными при своём изготовлении. Их также называют ещё DLC-конденсаторами либо двухслойными, так как электрический заряд накапливается в двойном слое, что образуется на поверхности самой обкладки ионистора.
Что касается электролита ионисторов, он может быть водным или органическим. Ионисторы (суперконденсаторы, ультраконденсаторы), что содержат водный электролит, обладают довольно малым внутренним сопротивлением, но, есть также и значительный минус водного электролита, напряжение заряда для них ограничено до 1 Вольта.
Ионисторы на органическом электролите обладает наиболее большим сопротивлением, зато они способены к работе с напряжением заряда 2-3 В.
Поскольку для питания электронных схем используется обычно более высокие напряжения, чем у ионистора, то для получения нужного значения их соединяют последовательно. Как Мы знаем, что величина обычных емкостей конденсаторов измеряется в приделах от пикофарад до микрофарад. Емкость ионисторов (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) измеряется уже в фарадах (в одном фараде миллион микрофарад). В ионисторах возможно достичь плотности мощности на массу рабочего вещества от 1 до 10 Вт/кг. Это больше, чем у обычных конденсаторов, и меньше, чем у аккумуляторов.
К основным недостаткам ионистора (суперконденсаторы, ультраконденсаторы) можно отнести его постоянное линейное снижение напряжения в течение всего времени его работы до полного разряда (за один цикл заряда и разряда). Из-за этого ионисторы не способны удерживать полный заряд.
Общая степень его заряда исчисляется в процентах и будет зависеть, в первую очередь, от того, какое напряжение к нему изначально будет приложено.
Если ионистор заряжен до напряжения 8 вольт, а схема нормально может работать с минимальным напряжением 4 вольта, то получается, что используемый заряд составляет всего 50%. Оставшаяся электроэнергия в ионисторе оказывается совершенно бесполезной. Для увеличения степени использования накопленной энергии в ионисторе применяют различные виды преобразователей, но и этот путь неидеален, поскольку ведёт к удорожанию всей системы на 10-15%. Плюс, значительно снижается КПД.
Применение ионисторам нашлось в электропитании микросхем памяти, использование в цепях фильтрации. Они также хорошо работают в паре с батареями с целью защиты их от внезапных перепадов электрического тока нагрузки: при малых токах электрической нагрузки батарея работает на подзарядку ионистора, а как только произойдёт скачёк тока, ионистор выдаст накопленную электроэнергию, в итоге значительно снижается общая нагрузка на батарею.
Перечень преимуществ ионисторов:
- малое внутреннее сопротивление
- большой срок службы
- нет ограничений по количеству циклов заряд/разряд
- относительно малая стоимость
- довольно широкий диапазон рабочих температур: от -25 до +70 °С
- быстрый процесс заряда и разряда
- работа при любом напряжении, что не превышает номинального
- использование простых способов заряда
- отсутствие контроля за режимом заряда
Перечень недостатков ионисторов:
- довольно малая энергетическая плотность
- не может обеспечить достаточного накопления электроэнергии
- весьма низкое напряжение на одной единицы элемента
- высокая степень саморазряда
P.S. Данная разновидность электрических устройств находится между классом источников электропитания и элементов электрических схем, так как с одной стороны он ближайший родственник обычным конденсаторам, а с другой, обладает свойствами электроисточника.
Новый ультраконденсатор позволяет заряжать батарейку за пару секунд
Сегодня ученые и разработчики ведущих корпораций заняты поиском оптимального источника энергии, который смог бы в перспективе заменить литий-ионные батареи.
В рамках этой работы специалисты французской компании Nawa Technologies изобрели батарейки будущего, работающие на совершенно иных принципах. Речь идет об ультраконденсаторах, которые расщепляют атомы на протоны и электроны в пространстве из углеродных нанотрубок, состоящих из графена и карбона. Разделение атомов происходит благодаря химической реакции.
Какие преимущества имеет ультраконденсатор?
Технические характеристики аккумулятора нового поколения производителями держатся в тайне, однако о некоторых особенностях можно говорить уже сейчас:
- высокая скорость наполнения элемента питания – зарядка нового аккумулятора занимает всего несколько секунд;
- способность выдерживать миллионы циклов зарядки и разрядки;
- минимальные износ и деформация;
- низкая себестоимость производства – в конструкции изобретения отсутствуют редкоземельные металлы, вместо них используется алюминий и кремний.
Помимо преимуществ, есть и недостатки, к числу последних относится невысокая стабильность (за сутки может пропадать до 20% накопленного объема) и низкая плотность энергии (по этому показателю они вчетверо уступают литий-ионным аналогам). Правда, разработчики надеются свести негативные особенности к минимуму.
Сфера применения
Изобретение вряд ли может претендовать на звание универсального устройства, но это и не нужно. Такие АКБ найдут применение в качестве быстрого источника электроэнергии, не предназначенного для длительного хранения. Например, они могут быть использованы в системах рекуперативного торможения. Благодаря высокой скорости пополнения заряда такой АКБ может быстро наполниться энергией, чтобы в следующее мгновение отдать ее на выполнение другого процесса.
Небольшая себестоимость производства позволит интегрировать такие батареи в конструктивные элементы транспортного средства (шасси, двери, крылья), причем для них не придется выделять специальный отсек.
Наибольшие перспективы новинка имеет вместе с литий-ионным аккумулятором. Комбинированное устройство позволит обеспечить электроэнергией технику самого разного назначения.
Графеновые суперконденсаторы + литиевая батарея – идеальная пара
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали модифицированную оксидом металла графеновую пену, которую можно использовать для повышения производительности суперконденсаторов (как плотности, так и времени зарядки). Исследователи утверждают, что эта новая пена обеспечит создание суперконденсаторов, которые накапливают значительно больше энергии, чем современные коммерческие устройства.
Исследователи из Университета Джорджа Вашингтона разработали суперконденсаторы на основе углеродных нанотрубок и графеновых композиционных материалов, которые сочетают в себе высокую энергоемкость и низкую стоимость. Удельная емкость устройства в три раза выше, чем у конденсатора с чистой нанотрубкой.
Исследователи объясняют, что гибридная структура полезна, потому что хлопья графена обеспечивают большую площадь поверхности и хорошую проводимость в плоскости, в то время как углеродные нанотрубки соединяют все структуры, образуя единую сеть. Кроме того, способ производства прост, масштабируем и дешев.
Модифицированную оксидом металла графеновую пену используют для повышения производительности суперконденсаторов
Исследователи из Sungkyunkwan из Кореи разработали новые суперконденсаторы, которые могут заряжаться в 1000 раз быстрее, чем нынешние графеновые суперконденсаторы, и при этом имеют в три раза большую емкость. Для достижения короткого времени заряда (и разряда) исследователи использовали вертикально ориентированные чешуйки оксида графена. Они создали пленку оксида графена с использованием углеродной нанотрубки, а затем использовали резку и термообработку для разработки вертикально структурированных графеновых электродов. Все это приводит к образованию электродов, которые работают намного быстрее, чем твердый и вертикально структурированный графен, используемый в существующих суперконденсаторах.
Эта гибкая графеновая конструкция суперконденсатора может хранить в 10 раз больше энергии, чем существующая технология
Новые технологии
Основной продукт Nawa Technologies – это углеродный суперконденсатор нового типа, обладающий рядом замечательных преимуществ по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторными элементами.
Преимущества углеродного суперконденсатора Nawa
Преимущества суперконденсатора неоспоримы
Начнем с того, что его скорость заряда и разряда до 1000 раз быстрее по сравнению с батареями. Мы говорим о зарядке всего автомобильного аккумулятора за считанные секунды, в несколько раз быстрее заполнения бака ископаемым топливом.
А поскольку в нем никакая химическая реакция не протекает, а просто происходит физическое разделение протонов и электронов, сверхбыстрая зарядка не вызывает нагревания или набухания батареи. Это обеспечивает углеродному графеновому суперконденсатору исключительно долгий срок службы – до миллиона циклов зарядки.
Эти суперконденсаторы из углеродных нанотрубок могут совершить прорыв в мире электромобилей, повысив их мощность, дальность поездок и эффективность использования энергии
Скорость разряда суперконденсатора — еще одно преимущество по сравнению с литиевыми батареями. В мощных электромобилях медленная разрядка аккумуляторов часто означает, что вам нужно увеличить емкость аккумулятора, чтобы повысить эксплуатационные показатели. Это абсолютно не проблема для графенового суперконденсатора, поскольку он разряжается достаточно быстро, чтобы стремительно выдавать огромную мощность даже с ограниченной емкости.
Однако главной визитной карточкой углеродного графенового суперконденсатора являются его экологические преимущества. Экологичность проекта заключается в том, что в производстве не используется литий, кобальт, редкоземельные металлы, которые загрязняют окружающую среду, и которын очень сложно добывать. В суперконденсаторах используются только углерод и алюминий.
Суперконденсаторы Nawa заряжаются в 1000 раз быстрее, чем литиевые батареи, работают до миллиона циклов и используются совместно с литиевыми батареями для повышения плотности мощности в необходимых условиях
Проблемы и решения
Помимо того факта, что разработки все еще находится на стадии исследования концепции, существуют еще некоторые проблемы
Во-первых, эти суперконденсаторы все еще имеют меньшую плотность энергии, чем лучшие литиевые аккумуляторы. Пока плотность мощности (величина выходной мощности на единицу веса) не конкурирует с литием. Поэтому автомобильный аккумулятор с суперконденсатором будет иметь значительно большие размеры чем литиевый.
Во-вторых, конденсаторы теряют энергию (саморазряжаются) при длительном хранении. Автомобиль в гараже каждый день будет теряться около 10-20 процентов энергии. Хотя, если суперконденсаторы заряжаются так быстро, владелец может об этом сильно не беспокоиться.
В-третьих, суперконденсаторы сделаны из графена, который насегодняшний день он достаточно дорогой, да и производится в ограниченном количестве.
Но наука и техника развиваются стремительно. Наверняка, скоро будут найдены новые способы получения большого количества графена по низкой цене. Примером могут служить первые микросхемы или мобильные телефоны, которые стоили когда-то достаточно дорого.
Суперконденсаторы очень эффективны при приеме или передаче значительного количества энергии, что делает их подходящим «партнером» для батарей. Первичные источники энергии, такие как двигатели внутреннего сгорания, топливные элементы и батареи, хорошо работают в качестве непрерывного источника малой мощности, но не могут эффективно справляться с пиковыми потребностями в энергии или мгновенно улавливать энергию. Батареи разряжаются и перезаряжаются достаточно медленно. Суперконденсаторы обеспечивают быстрые выбросы энергии при пиковых потребностях в энергии, а затем быстро накапливают энергию и улавливают избыточную мощность, которая без их использования попросту теряется.
В примере с электромобилем графеновый суперконденсатор может обеспечить необходимую мощность для ускорения, в то время как батарея обеспечивает дальность и перезаряжает суперконденсатор между скачками напряжения.
Гибрид: графеновые суперконденсаторы + литиевая батарея = оптимальный вариант
Потенциал графенового суперконденсатора в полном объёме может реализоваться, когда он соединится с литиевой батареей. Гибридная литиево-углеродная аккумуляторная система может предложить лучшее из обоих миров – длительное непрерывное вождение и долговременное накопление энергии благодаря литиевому блоку, а также сверхбыструю частичную зарядку и экстремальную выходную мощность благодаря суперконденсатору.
У этого типа гибридной системы есть еще одно скрытое преимущество: рекуперативное торможение могло бы быть значительно лучше при возмещении энергии. Современные системы регенерации вынуждены терять большую часть энергии, генерируемой через колеса при торможении обратно в батарею, просто потому, что литиевый аккумулятор заряжается так медленно, что не успевают происходить химические реакции.
Таким образом большая часть энергии при рекуперативном торможении теряется в виде тепла – это около 80 процентов. Электродвигатели очень эффективно генерируют эту мощность при торможении, но батарея просто не может принять ток при высокой скорости зарядки. Если объединить технологию суперконденсаторов с литиевой батареей появится возможность принять до 90 процентов этой энергии.
В электромобилях такая система будет наиболее эффективной: она сохраняла бы почти всю энергию торможения, а затем выдавала бы ее обратно с огромной скоростью для стремительного ускорения при последующем разгоне.
За счет этого, объединив суперконденсаторы с литиевой батареей, можно уменьшить размер и вес аккумуляторного блока на одну треть и тогда появится возможность проезжать большее расстояние, поскольку энергия будет использоваться намного эффективнее.
Это не фантастика – это реальность завтрашнего дня
Исследователи настроены оптимистично.
Успешное хранение огромного количества энергии в компактной системе является значительным шагом на пути к усовершенствованной технологии ее накопления. Графеновый суперконденсатор заряжается быстро, можно контролировать его производительность, он обладает долговечностью и гибкостью, что делает его идеальным для использования в миниатюрной электронике и электромобилях.
Потенциал этих сверхбыстрых графеновых суперконденсаторов впечатляет. Так, например, поскольку в автомобильном мире нет никаких ограничений на то, как вы можете заряжать электромобили, открываются новые интересные идеи для индуктивной зарядки. Представьте себе, что вы просто проезжаете на своем автомобиле по кварталу или мимо электрозарядного устройства, где смонтирована индуктивная зарядная станция (например, под полотном дороги), платите on-line за дозаправку и уезжаете не останавливаясь. Такой параметр, как радиус действия электромобиля станет практически неактуальным, если вы сможете заряжать его так быстро даже на ходу.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
Ученые синтезировали новый материал для более производительных суперконденсаторов
Ученые ТПУ вместе с коллегами из Университета Лилля (Франция) синтезировали новый материал на основе восстановленного оксида графена для суперконденсаторов — устройств для накопления энергии
Ученые Томского политехнического университета вместе с
коллегами из Университета Лилля (Франция) синтезировали новый
материал на основе восстановленного оксида графена для
суперконденсаторов — устройств для накопления энергии. Метод
модификации восстановленного оксида графена с использованием
органических молекул — производных гипервалентного йода —
позволил получить материал, который накапливает в 1,7 раза больше
электрической энергии.
Результаты исследований опубликованы в
журнале Electrochimica Acta
(IF:
6,215; Q1).
Электроды для суперконденсатора из модифицированного rGO
Суперконденсатор — это электрохимическое устройство для накопления и отдачи электрического заряда. В отличие от аккумуляторов они в разы быстрее накапливают и отдают энергию, а также не содержат литий.
Суперконденсатор представляет собой элемент с двумя электродами, между которыми находится органический или неорганический электролит. На электроды наносится материал, накапливающий заряд. Современным трендом в науке является использование различных материалов на основе графена — одного из самых тонких и прочных материалов, известных человеку. Исследователи Томского политеха и Университета Лилля работали с дешевым и доступным материалом — восстановленным оксидом графена (rGO).
«Несмотря на перспективность, суперконденсаторы еще не так широко
распространены.
Для дальнейшего развития технологии необходимо
повысить эффективность суперконденсаторов. Один из ключевых
вызовов здесь — повышение энергоемкости. Сделать это можно,
увеличив площадь поверхности материала-накопителя, в данном
случае rGO. Мы нашли простой и достаточно быстрый способ.
Работали исключительно с органическими молекулами в мягких
условиях, не использовали дорогие или токсичные металлы», —
говорит научный руководитель работы, доцент Исследовательской
школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.
Восстановленный оксид графена наносится на электроды в виде порошка, в результате на электроде оказываются сотни наноразмерных слоев этого вещества. Слои стремятся агломерироваться, то есть соединиться. Чтобы увеличить площадь поверхности материала, нужно увеличить расстояние между слоями.
«Для этого мы модифицировали rGO органическими
молекулами, что привело к увеличению расстояния. Незначительные
различия в расстоянии между слоями позволили увеличить
энергоемкость материала в 1,7 раза.
То есть 1 грамм нового
материала может накапливать энергию больше в 1,7 раза по
сравнению с обычным rGO», — поясняет один из авторов статьи,
младший научный сотрудник Исследовательской школы химических и
биомедицинских технологий ТПУ Елизавета Свиридова.
Реакция протекала через образование активных аринов из иодониевых солей. Они вызывают интерес у ученых благодаря своей особенности создавать лишь один слой новых органических групп на поверхности материалов. Исследователи Томского политеха много лет развивают направление химии иодониевых солей.
«Реакция модификации протекает в мягких условиях при простом смешивании раствора иодониевой соли с rGO. Если сравнивать с другими методами функционализации оксида графена, то мы добились одних из самых высоких показателей по повышению энергоемкости материала», — говорит Елизавета Свиридова.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Томского политехнического университета
Французский аккумулятор-рекордсмен Французская компания Nawa Technologies обещает утроить емкость аккумуляторов и ускорить зарядку
В наши дни, когда мировое автомобилестроение начинает всерьез поглядывать в сторону электрокаров, когда авиационные компании создают первые опытные образцы самолетов, летающих на электродвигателях, старая, как мир электроники, проблема неэффективной работы аккумуляторных батарей снова выходит на передний план.
Не секрет, что многие компании по всему миру уже работают над решением этой проблемы, изобретая все более долговечные и эффективные аккумуляторные системы. Одним из таких примеров можно считать разработку французской компании Nawa Technologies.В начале октября текущего 2020 года компания по производству ультраконденсаторов (они являются альтернативными приборами для накопления энергии, в которых, в отличие от аккумуляторных батарей, заряды разделяются электростатически, а не химически) и аккумуляторов Nawa Technologies анонсировала новый электрод на углеродной основе для аккумуляторов, который позволяет производителям создавать тяговые аккумуляторы (комплект аккумуляторов, накапливающих электрическую энергию, предназначенную для питания тягового двигателя транспортного средства) с более высокими характеристиками.
В частности, Nawa обещает увеличить емкость аккумуляторов в три раза и в то же время сократить время зарядки до минут, вместо часов. Более того, новая технология увеличит срок службы аккумулятора в пять раз.
И это еще не все – технология также будет более экологически чистой, поскольку в ней меньше используются редкоземельные материалы.Применительно к электромобилю усовершенствованный литий-ионный аккумулятор со сверхбыстрым углеродным электродом может удвоить запас энергии в кВт⋅ч, а это уже означает, что электромобили смогут потреблять больше энергии, чтобы двигаться дальше или быстрее, что делает дальность передвижения транспортного средства, скажем, в 1000 км вполне обычным явлением для электромобилей массового потребления. Время зарядки можно сократить до пяти минут при 80-процентном заряде.
Представленная технология основана на конструкции электрода, называемой VACNT – «вертикально ориентированной углеродной нанотрубкой» (Vertically Aligned Carbon Nanotube). При таком подходе аккумуляторы больше не ограничиваются классическими системами на основе порошков – VACNT может использоваться с существующими и с новыми химическими составами батарей.
В настоящее время одним из основных ограничений мощности, энергии и жизненного цикла аккумулятора является конструкция и материал, из которого изготовлен электрод.
Существующие сегодня электроды, изготовленные на основе неэффективных порошков, имеют низкую электрическую, термическую и ионную проводимость, а также плохие механические характеристики при разрядке и перезарядке, они также могут страдать от раннего расслоения и разрушения, что приводит к проблемам с безопасностью и сокращает жизненный цикл изделия.Основанный на вертикально ориентированной конструкции углеродных нанотрубок Nawa, которая также является основой ультраконденсаторов следующего поколения, сверхбыстрый углеродный электрод от французской компании сочетает в себе высокую ионную проводимость (благодаря полностью доступной трехмерной наноструктуре) с высочайшей электрической и теплопроводностью. По заявлению инженеров компании, все это достигается за счет сверхплотного размещения 100 миллиардов нанотрубок на квадратный сантиметр.
Трехмерная геометрия электродов может решить подавляющее большинство ограничений производительности, с которыми сталкиваются сегодня производители аккумуляторов, увеличивая мощность в десять раз, аккумулируя энергию до трех раз, жизненный цикл – до пяти раз и сокращая время зарядки до минут, вместо часов. Далее, с учетом того, что на электроды приходится почти 25% от общей стоимости батареи, а стоимость современного мирового рынка литий-ионных аккумуляторов превышает 35 миллиардов долларов, Nawa Technologies рассчитывает на то, что ее новая технология может обеспечить значительную экономию средств.
Электрод на углеродной основе является результатом шестилетних исследований, в течение которых Nawa Technologies разработала процесс выращивания вертикально ориентированных углеродных нанотрубок для своих ультраконденсаторов следующего поколения. Представители компании заявляют о возможности выращивать VACNT на обеих сторонах алюминиевой подложки шириной в один метр в рулонном режиме, и это без растворителей или связующих, что дополнительно снижает стоимость электродов на 30% из расчета на 1 Вт ч.
Nawa Technologies утверждает, что ее технология будет доступна в течение 12 месяцев. Новый продукт будет доступен в виде полностью трехмерного анода или катода, где вертикально ориентированные углеродные нанотрубки служат каркасом, на который можно наносить литиевый материал.
С точки зрения экологичности, эта продукция легко перерабатывается и утилизируется в конце ее жизненного цикла без большого вреда для окружающей среды. А поскольку для изготовления аккумулятора теперь потребуется меньше материалов, представители Nawa Technologies предполагают, что выбросы CO2 уменьшатся на 60%.
Поскольку автомобильная промышленность в настоящее время потребляет 75% мирового производства литиевых аккумуляторов, с перспективой дальнейшего роста спроса, Nawa Technologies рассматривает этот рынок как одну из основных своих целей.
В России тоже ведутся аналогичные работы, так ученые из «Сколтеха», МГУ и МФТИ выяснили, как можно значительно повысить емкость суперконденсаторов. Еще в 2019 году появилось сообщение о том, что российские ученые использовали углеродные структуры с большой удельной поверхностью в качестве исходного материала и заменяли часть атомов углерода на азот, что приводит к увеличению электрохимической емкости. В результате этого емкость суперконденсаторов выросла шесть раз – они начали показывать отличную стабильность в циклах зарядки-разрядки – об этом заявил Станислав Евлашин, старший научный сотрудник «Сколтеха».
Как предполагают российские ученые, аналогичным образом можно повысить емкость суперконденсаторов, изготовленных из других углеродных наноматериалов, в том числе нанотрубок и графена. Это позволит создавать «батарейки будущего», которые можно будет встраивать в одежду и носимую электронику.
3D-печатный суперконденсатор показывает обещание
Аккумулятор работает, сохраняя электрический заряд через электрохимическую реакцию. Но это не единственный способ хранить электроэнергию. Хранение заряда в суперконденсаторах может осуществляться одним или двумя из двух способов. В электрической емкости с двойным слоем (EDLC) заряд между двумя пластинами сохраняется за счет электростатического разделения электронных и ионных зарядов на поверхности электрода-электролита. Совсем недавно был разработан второй тип суперконденсатора с использованием принципала, называемого псевдокапасностью. Псевдоконденсатор хранит энергию через процессы переноса заряда или окислительно-восстановительного восстановления (окислительно-восстановительного процесса) на поверхности электрода, что дает ему более высокую емкость, чем суперконденсаторы EDLC.
Суперконденсаторы имеют преимущества по сравнению с батареями, которые включают зарядку очень быстро (в секундах до минут) и способность сохранять свою емкость в течение десятков тысяч циклов зарядки. Они потребляют меньше энергии в том же объеме, что и литиево-ионные батареи. Но способность быстро принимать электрическую энергию, создаваемую при регенеративном торможении, и возвращать ее во взрыве энергии для быстрого ускорения, делает их привлекательными в трансмиссии с электрическим транспортным средством (EV) при соединении с батарейным блоком. Способность суперконденсатора поглощать тысячи циклов зарядки также защищает литий-ионные батареи от экстремальных нагрузок и разрядов, которые могут возникать при рекуперативном торможении.
Здесь изображение сканирующего электронного микроскопа показывает вид сверху 3D-печатной решетки аэрогеля графена (шкала шкалы: 1 мм). (Источник изображения: Бин Яо / UCSC) |
Достижения в псевдоконденсаторах
Достижения в суперконденсаторах с псевдокапасностью показывают перспективность большей емкости и более длительного удержания заряда. Исследователи из Калифорнийского университета Санта-Крус (UCSC) и Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) сообщили о беспрецедентных результатах работы с использованием нового суперконденсаторного электрода. Команда использовала 3D-печать для изготовления электродов с использованием печатаемого аэрогеля графена, создавая пористый трехмерный каркас, который загружен оксидом марганца — широко используемым псевдопапотентным материалом.
«Проблема для псевдоконденсаторов заключается в том, что при увеличении толщины электрода емкость быстро уменьшается из-за медленной диффузии ионов в объемной структуре», — сказал Ят Ли, профессор химии и биохимии UC Santa Cruz в новостях университета релиз ». Поэтому задача состоит в увеличении массовой загрузки материала псевдокапитателя без ущерба для его емкости для хранения энергии на единицу массы или объема», — пояснил Ли.
В более ранних работах исследовательская группа UCSC и LLNL продемонстрировала, что сверхбыстрые суперконденсаторные электроды могут быть изготовлены с использованием 3D-печатного аэрогеля графена. В новой работе команда использовала улучшенный аэрогель графена и использовала 3D-печать для создания пористого леса, который затем был загружен псевдопапотентным материалом. Согласно выпуску UCSC «Исследователи смогли увеличить массовую загрузку до рекордных уровней более 100 миллиграммов оксида марганца на квадратный сантиметр без ущерба для производительности по сравнению с типичными уровнями около 10 миллиграммов на квадратный сантиметр для коммерческих устройств».
. Это изображение на сканирующем электронном микроскопе показывает вид сверху 3D-печатной решетки аэрогеля графена после электроосаждения оксида марганца в течение 600 секунд (шкала шкалы: 1 мм). (Источник изображения: Бин Яо / UCSC) |
Нет необходимости в штабелировании
В традиционном суперконденсаторе тонкое покрытие из электродного материала наносят на тонкий металлический лист, который служит в качестве токоприемника. Увеличение толщины покрытия приводит к снижению производительности, так как требуется больше времени для рассеивания заряда через более толстое покрытие. Поэтому современные коммерческие суперконденсаторы изготавливаются из нескольких тонких листов. Они сложены друг на друга для наращивания емкости, увеличения веса и стоимости материала из-за необходимости металлического коллектора тока на каждом уровне.
Бин Яо, аспирант лаборатории Ли в UC Santa Cruz, объясняет: «С нашим подходом нам не нужна укладка, потому что мы можем увеличить емкость, сделав электрод толще, не жертвуя производительностью».
В выпуске UCSC описывается увеличение толщины электродов до 4 миллиметров без потери производительности. «Ключевым новшеством в этом исследовании является использование 3D-печати для создания рационально разработанной структуры, обеспечивающей углеродный каркас для поддержки псевдопапотентного материала», — сказал Ли. «Эти результаты подтверждают новый подход к изготовлению устройств хранения энергии с использованием трехмерной печати».
Печать Эйргеля
Электроды спроектированы с периодической структурой пор, которая обеспечивает равномерное осаждение материала и эффективную диффузию ионов для зарядки и разрядки. Согласно выпуску «Печатная структура представляет собой решетку, состоящую из цилиндрических стержней граффинового аэрогеля. Сами же стержни являются пористыми, в дополнение к порам в структуре решетки. Оксид марганца затем электроосаждается на решетку аэрогеля графена ».
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:Аэрозольное осаждение катодного материала демонстрирует большое обещание для твердотельных электролитов
A erosol 3D-печать аккумуляторных электродов
Использование металлического стекла упрощает 3D-печать металлов
Согласно команде UCSC, новые 3D-печатные аэрогелевые электроды достигли наивысшей объемной емкости (электрический заряд, накопленный на единицу площади поверхности электрода), когда-либо сообщавшихся для суперконденсатора. Они также показали хорошую устойчивость к циклированию, сохраняя более 90 процентов начальной емкости после 20 000 циклов зарядки и разрядки. Эти новые суперконденсаторы, объединенные литиево-ионными батареями в электрическом транспортном средстве (EV), могут обеспечить импульс мощности, необходимый для быстрого ускорения, в то время как аккумуляторная батарея обеспечивает хранение энергии, необходимую для дальнего действия.
Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых рекордов скорости на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.
Механизм сверхбыстрых суперконденсаторов
В то время как микропористый углерод считается основным кандидатом для накопления энергии в суперконденсаторах, графен обычно используется для конденсаторов сетевой фильтрации переменного тока. Удивительно, но быстродействие последнего на несколько порядков выше, чем у первого. Интересно то, что такая сверхбыстрая работа может быть достигнута, когда графеновые листы выровнены вертикально, поскольку быстродействие обычных графеновых электродов аналогично быстродействию микропористых суперконденсаторов.Понимание фактической роли выравнивания графена может пролить свет на лежащий в основе механизм создания более быстрых суперконденсаторов для целей накопления энергии. Обсуждается, что классические модели двойного слоя не могут объяснить критическую важность ориентации графена. Анализируя экспериментальные данные, представленные в литературе, можно обосновать возможность использования другого механизма. Кроме того, модель импеданса суперконденсаторов, которая может быть путеводной звездой в этом направлении, объясняется с практической точки зрения.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Ресурсный центр модуля суперконденсатора
Модули суперконденсатора Eaton – это высоконадежные, мощные и сверхвысокие емкости накопителей энергии, в которых используется технология двойного электрического слоя конденсаторов (EDLC) с использованием запатентованных материалов и процессов.Такое сочетание передовых технологий позволяет Eaton предлагать широкий спектр суперконденсаторных решений, адаптированных к приложениям для резервного питания, пиковой мощности и гибридных систем питания.
Их можно применять в качестве единственного накопителя энергии или в сочетании с другими технологиями накопления энергии для оптимизации первоначальных и эксплуатационных затрат, срока службы оборудования и требований к электропитанию для минимальной совокупной стоимости владения или более высокой рентабельности инвестиций. Возможности системы могут варьироваться от ватт до мегаватт.
Все модули могут быть настроены на более высокое напряжение, мощность и энергию в соответствии с требованиями конкретных приложений. Модули просты в настройке, установке и обращении. В технических характеристиках указано низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) для очень высокой удельной мощности и высокого КПД. Суперконденсаторы Eaton не требуют обслуживания, их расчетный срок службы составляет до 20 лет, а рабочие температуры – от -40 ° C до +85 ° C. Они построены из экологически чистых материалов, что является экологически безопасным решением.
Идеальные применения суперконденсаторных модулей варьируются от поддержки качества электроэнергии, систем погрузочно-разгрузочных работ, дорожного и внедорожного транспорта, электрического рельса / тяги, интеграции возобновляемых распределенных источников энергии (DER), микросетей и T&D. Суперконденсаторы обеспечивают уникальные преимущества в каждом из этих приложений, которые описаны в каждом разделе ниже. В руководстве по применению модуля суперконденсатора содержится подробная информация о технологии модуля суперконденсатора Eaton, эксплуатационных характеристиках, определениях номинальных характеристик и соображениях по сроку службы.Если есть дополнительные вопросы по применению суперконденсаторов в вашем приложении, пожалуйста, свяжитесь с нами или вашим местным торговым представителем Eaton для получения дополнительной поддержки.
Преодоление разрыва между батареей и суперконденсатором – pv magazine International
Разработав структуру твердого углеродного электрода, ученые из исследовательского центра CIC energIGUNE создали «сверхбыструю батарею», которая, как было показано, сочетает в себе плотность энергии лития. устройство с быстрым временем разряда, обычно связанное с суперконденсаторами.
Марк ХатчинсЦентр энергетических совместных исследований CIC energiGUNE в Алаве.
Изображение: Zarateman / Wikimedia Commons / https: //bit.ly/37Q2k3Z
Ученые из исследовательского института CIC energiGUNE Страны Басков разработали новую конструкцию батареи, которая, по их словам, сочетает в себе высокую плотность энергии с коротким временем разряда. обычно встречается в суперконденсаторах. Устройство может использоваться в мощных системах, способных внести свой вклад в решение многих остающихся проблем, с которыми сталкивается накопление энергии, как в электрических сетях, так и в транспортных средствах.
Инновация описана в статье Сверхбыстрая батарея, работающая как суперконденсатор: настройка электродов для работы с высокой мощностью , опубликованная в Electrochimica Acta . Группа работала с аккумулятором на основе твердоуглеродных и никель-марганцево-кобальтовых (NMC) электродов и электролита из гексафторфосфата лития.
Исследователи из Алавы обнаружили, что твердый углерод, полученный путем измельчения и сжигания оливковых косточек, имел гораздо менее однородный размер частиц, чем NMC, и использовали процесс шаровой мельницы для уменьшения размера частиц до 1-10 микрон.Этот процесс позволил изготовить электрод с уменьшенной массовой нагрузкой.
Псевдо-суперконденсатор
При рабочем напряжении 2,9–3,75 В батарея продемонстрировала способность обеспечивать удельную энергию 212 ватт-часов на кубический сантиметр (Втч / см -3 ) при удельной мощности. 1000 Вт / см -3 соответственно активной массе, с 10-минутным временем разряда. Система также достигла 87 Вт / см -3 при 6000 Вт / см -3 , при времени разряда 32 секунды.Тестирование стабильности при плотности тока 1 ампер на грамм и времени разряда 32 секунды показало снижение емкости более чем на 90% после 30 000 циклов.
Группа CIC отметила, что производительность отстает от литий-ионных и электрических двухслойных конденсаторов, которые могут достигать времени разряда до одной секунды, но теоретически эта технология может быть интересна в приложениях, где время разряда составляет около минуты. обязательный. Исследователи также заявили, что их сверхбыстрая батарея обеспечивает более чем в три раза большую объемную энергию эталонного литий-ионного конденсатора.
Стремясь объяснить поведение батареи, подобное суперконденсатору, группа теоретиков предположила, что «внутри сконструированных электродов ионы лития могут взаимодействовать только с первыми атомными слоями частиц NMC и HC [твердого углерода], обеспечивая чрезвычайно быстрые псевдо- реакция фарадеевского типа ».
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].
Сверхбыстрый углеродный электрод – качественный скачок в производительности аккумуляторов
NAWA Technologies представляет сверхбыстрый углеродный электрод – революционную инновацию на основе нанотехнологий, которая открывает новый уровень производительности для всех типов аккумуляторов, особенно для аккумуляторов электромобилей. В настоящее время одним из основных ограничений мощности, энергии и жизненного цикла аккумулятора является конструкция и материал, из которого изготовлен электрод. На основе неэффективных порошков существующие электроды имеют низкую электрическую, термическую и ионную проводимость, а также плохие механические свойства при разряде и перезарядке, а также могут страдать от раннего расслоения и деградации, что приводит к проблемам безопасности и жизненного цикла. для получения дополнительной информации см. отчет IDTechEx о литий-ионных аккумуляторах для электромобилей 2020-2030 гг. Но основанный на запатентованной NAWA конструкции с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками (VACNT), которая также является основой ее ультраконденсаторов следующего поколения, революционный сверхбыстрый углеродный электрод сочетает в себе высочайшую ионную проводимость – благодаря полностью доступной трехмерной наноструктуре – с самая высокая электрическая и теплопроводность, обеспечиваемая расположением 100 миллиардов нанотрубок на квадратный сантиметр, выровненных по вертикали.Нано-дизайн для качественного скачка производительности
Эта новая трехмерная геометрия электрода может решить подавляющее большинство ограничений производительности, с которыми сталкиваются мировые производители аккумуляторов, увеличивая мощность аккумуляторов в 10 раз, аккумулируя до трех раз, жизненный цикл до пяти и сократите время зарядки до минут вместо часов.Более того, поскольку на электроды приходится почти 25% общей стоимости батареи, NAWA считает, что ее новый дизайн может обеспечить значительную экономию средств.
Применимо ко всем химическим соединениям
Ультрабыстрый углеродный электрод NAWA – это универсальная система, доступная в качестве грунтовки для существующих электродов, где VACNT увеличивает электрическую проводимость, и готовая к выпуску на рынок всего через 12 месяцев. Он также доступен в виде полноценного 3D-электрода (анода или катода), где сами VACNT служат каркасом, на который может быть нанесен литиевый вставной материал.Это наиболее передовое и эффективное использование инновации. NAWA разрабатывает различные концепции покрытий с различными химическими составами и партнерами – она ожидает, что технология будет внедрена и запущена в производство уже в 2023 году.
Оба электродных продукта извлекли выгоду из шести лет, потраченных NAWA на разработку процесса роста VACNT для своих ультраконденсаторы нового поколения, которые теперь достигли способности выращивать VACNT на обеих сторонах алюминиевой подложки шириной один метр в рулонном режиме, без растворителей или связующих, что снижает стоимость электродов на основе $ / Вт · ч. процентов.
Экологичность
Технология сухих электродов NAWA также дает значительные экологические преимущества, поскольку их легко утилизировать и утилизировать экологично в конце длительного срока службы. В результате, по оценкам NAWA, использование сверхбыстрого угольного электрода в литиевой аккумуляторной батарее может снизить выбросы CO2 на целых 60 процентов просто потому, что требуется меньше активного материала.
Огромные преимущества для электромобилей
Сверхбыстрый углеродный электрод может быть полезен для всех типов аккумуляторов, но с учетом того, что автомобильная промышленность в настоящее время потребляет 75 процентов производства литиевых аккумуляторов, а электромобили требуют постоянного увеличения дальности, времени зарядки и срока службы , NAWA Technologies рассматривает этот сектор как главную цель.Применительно к электромобилю усовершенствованная литий-ионная батарея со сверхбыстрым углеродным электродом может удвоить запас энергии в киловатт-часах, а это означает, что электромобили могут потреблять больше энергии, чтобы двигаться дальше или быстрее, что делает дальность в 1000 км обычным явлением для электромобилей массового потребления. Время зарядки может быть сокращено до пяти минут для 80-процентной зарядки, а срок службы батареи может быть увеличен до пяти раз.
Кроме того, NAWA Technologies также разрабатывает концепцию под названием NAWAShell, интегрированную структурную гибридную батарею, которая включает в себя VACNT для обеспечения двух взаимодополняющих характеристик: повышенной механической прочности и накопления электрической энергии в ядре композитной структуры.
Паскаль Буланже, основатель, председатель правления, технический директор и главный операционный директор, сказал: «С самого начала производства аккумуляторов наибольшее повышение производительности происходило за счет материалов, но сегодня оно достигло плато. Объедините обилие углерода с наноразмером. Архитектура электродов совершенствуется, и вы меняете правила игры. Ультрабыстрый углеродный электрод NAWA радикально меняет конструкцию и характеристики электродов благодаря нашей технологии вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. Предлагая огромное увеличение мощности, хранения энергии и жизненного цикла, а также чистоту и рентабельный, потенциал огромен.Ульрик Грейп, генеральный директор NAWA Technologies, сказал: «Ультрабыстрый углеродный электрод NAWA позволит нам заряжать батареи быстрее, работать дальше и дольше – и все это с помощью продукта, основанного на одном из самых распространенных и экологически чистых продуктов в мире. материалы: карбон. Наша технология может помочь значительно снизить воздействие аккумуляторных систем на окружающую среду настолько, что мы считаем, что эта инновационная электродная технология может вдвое сократить время, в течение которого электромобиль окупает СО2, образовавшийся при его производстве, а также возможность перезарядки в столько же времени требуется, чтобы заправиться, и проехать на электричестве такое же расстояние, как и на баке с бензином.”
О компании NAWA Technologies
Компания NAWA Technologies, расположенная в Экс-ан-Провансе, Франция, является мировым лидером в области инновационных накопителей энергии. Ее сверхбыстрые угольные батареи представляют собой следующее поколение ультраконденсаторов с вертикальной ориентацией. Электроды из углеродных нанотрубок – самые быстрые электроды в мире
В сочетании с новаторским уникальным покрытием они могут предложить в пять раз больше энергии, чем существующие ультраконденсаторы, и в десять раз больше мощности, в зависимости от области применения.Устанавливая новые стандарты скорости, частоты и экологичности зарядки, сверхбыстрая углеродная батарея NAWA Technologies устраняет разрыв между существующими ультраконденсаторами и более традиционными литий-ионными батареями.Батареи, способные заряжаться и разряжаться за секунды, более миллиона циклов без потери производительности, также экологически безопасны в производстве и имеют исключительную вторую жизнь, поскольку они основаны на углероде – естественном, доступном и доступном. обильный материал.Новые сверхбыстрые угольные батареи NAWA Technologies имеют множество применений: от электроинструментов и производства до рынков автомобилей и коммерческих автомобилей, в секторах Интернета вещей и датчиков, а также играют ключевую роль в управлении потоками энергии в интеллектуальной сети. в аэрокосмическую и даже космическую.
Источник: Influence Associates
Ультраконденсаторы на углеродных нанотрубках Nawa будут запущены в массовое производство
Инновационные суперконденсаторы Nawa, заряжаемые почти мгновенно и предлагающие огромную удельную мощность, готовы к успеху во всех отраслях, от автомобилей до электроинструментов. и авиация.Собрав более 10 миллионов долларов, эта французская компания приступает к массовому производству.
Ультраконденсаторы Nawa предлагают интересную альтернативу (или расширение) системам с литиевыми батареями. Когда дело доходит до быстрой зарядки или разрядки, здесь просто нет соревнования – они могут набирать или откачивать мощность со скоростью, которая полностью разрушает литиевые элементы, а это означает, что зарядка практически мгновенная – мы говорим о менее чем 20 секундах для полной зарядки. – и они не имеют себе равных по быстрым всплескам огромной мощности.
Их удельная энергия невелика по сравнению с батареями, в них можно хранить четверть от той мощности, которую литиевые блоки могут при заданном объеме, но по сравнению с другими ультраконденсаторами их структура из углеродных нанотрубок вмещает до пяти раз больше энергии. Они бесполезны. для длительного хранения, утечки где-то между 10-20% их энергии в день, но, с другой стороны, они служат до миллиона циклов и исключительно долговечны в диапазоне температур и сред, которые могут проверять пределы стандартных батареи, такие как космическое, высокотемпературное бурение или подводное плавание.
Мы уже рассказывали об этой технологии раньше, включая интервью с генеральным директором и операционным директором Nawa в прошлом году. А теперь компания объявила, что она увеличила капитал и разработала план по запуску этих вещей в массовое производство в течение следующих 12 месяцев.
Группа Nawa запустит производство к концу года и планирует наращивать производство до 100 000 ячеек в месяцNawa Technologies
Благодаря финансированию в размере 9 миллионов евро (10 миллионов долларов США), полученному как от новых, так и от существующих инвесторов, Nawa установит линию по производству ультраконденсаторов на своем предприятии в Экс-ан-Провансе, Франция, которое будет запущено к концу. года и, как ожидается, вырастет до 100 000 ячеек в месяц.Компания заявляет, что в настоящее время мировой рынок ультраконденсаторов составляет около 500 миллионов евро (560 миллионов долларов США), но, по прогнозам, вырастет на 400-600 процентов в следующие пять лет.
Nawa в первую очередь нацелится на производственный сегмент, где ручные инструменты с ультраконденсаторным питанием и автоматические транспортные средства для складов могут более или менее сократить время простоя при зарядке и обеспечить десятилетия использования без потери мощности или энергии. Также, похоже, есть некоторые приложения IoT, готовые к запуску.
Но мы с нетерпением ждем возможности увидеть, что эти штуки могут делать на транспорте.Автобусы с суперконденсаторами уже находятся в пути, но эти компактные ультраконденсаторы могут привести к некоторым интересным гибридным системам накопления энергии, в которых литиевые батареи обеспечивают долгосрочную и долговременную энергию при умеренном потреблении энергии, но с ультраконденсаторами, обеспечивающими большую мощность и ускорение, когда это необходимо а также улавливать больше энергии за счет рекуперативного торможения.
Посмотрите видео, объясняющее технологию ниже.
Источник: Nawa Technologies
Аккумулятор Ultra Fast Carbon от NAWA Technologies: новое поколение ультраконденсаторов
обещает электромобили по цене дизельного топлива
Effenco, канадская компания, специализирующаяся на электрических силовых установках для тяжелых профессиональных транспортных средств, объявила о создании системы накопления энергии на основе ультраконденсаторов для 100% электрических грузовиков .
Компания была основана в 2006 году и к настоящему времени установила свое гибридное электрическое решение на более чем 400 грузовиков, находящихся в обращении примерно в десяти странах. Общий пробег этих грузовиков превышал 3 миллиона миль (4,8 миллиона км).
Пришло время предложить решение для полностью электрических транспортных средств с основной целью достижения паритета цен с обычным дизельным транспортным средством . Да, вы все правильно прочитали – покупная цена автомобиля с ультраконденсаторным двигателем будет такой же, как и у дизельных альтернатив.
«Хотя в последние годы в области электрификации транспорта ускорилось открытие новых электрических технологий, никто еще не смог разработать решение, которое с самого начала не было бы дороже, чем доступные в настоящее время продукты. 100% электрическое решение Effenco преодолеет главное препятствие на пути электрификации: цену ».
Ключевым решением, позволяющим сделать автомобили более доступными, является использование ультраконденсатора разумного размера вместо большой батареи.Требуемый диапазон будет обеспечен за счет нескольких сеансов беспроводной быстрой зарядки.
Модуль ультраконденсатора
В пресс-релизе ничего не говорится о стоимости инфраструктуры, но мы предполагаем, что она сопоставима с зарядными устройствами депо, которые в любом случае должны быть у электромобилей.
«Используя ультраконденсаторы и высокоинтенсивные станции беспроводной зарядки, расположенные с использованием алгоритмов искусственного интеллекта компании, решение Effenco оптимизирует бортовую энергию, не жертвуя призванием и производительностью автомобиля.
Благодаря своему ориентированному на данные подходу, алгоритмам и передовым технологиям компания поможет муниципалитетам и предприятиям значительно сократить выбросы парниковых газов. 100% электрическое решение Effenco обеспечит нулевые выбросы при минимальных финансовых последствиях ».
Самое замечательное в этом решении то, что его можно применять к новым или существующим автопаркам (просто как преобразование).
Согласно Effenco, срок службы ультраконденсаторов составит более 12 лет в широком диапазоне температур.
.«Ультраконденсаторы накапливают энергию и заряжают автомобиль. В отличие от литиевых батарей они лучше подходят для тяжелых условий эксплуатации, поскольку известны своей надежностью, длительным сроком службы и устойчивостью к колебаниям температуры».
