Суперконденсаторы

Свое величавое название «супер» они получили благодаря огромной емкости, которая примерно в два – три раза больше, чем у обычных конденсаторов тех же габаритов. Вместе с тем суперконденсаторы остаются традиционными двухвыводными электронными компонентами. Дитя нанотехнологий, суперконденсатор благодаря наноматериалам с огромной удельной поверхностью приобрел поистине небывалую электрическую емкость – до нескольких сотен фарад.

Новые суперконденсаторы обладают очень большой энергоемкостью и представляют собой батарею конденсаторных элементов, заключенных в герметический корпус. Энергоемкость нового источника тока от 1кДж до 100кДж при плотности энергии порядка 0,5-2,5 Дж/см3 в зависимости от применения и конструктивного выполнения. Номинальное напряжение заряда батареи может находиться в пределах от единиц до сотен вольт путем последовательного набора требуемого количества элементов. Емкость элементов перекрывает диапазон от 1 Ф до 2000 Ф при минимальной величине внутреннего сопротивления около 0,001 Ом. Этих уникальных характеристик можно достичь только с помощью нанотехнологий. Емкость современных суперконденсаторов и батарей на их основе уже составляет от единиц до 10000 Ф. Они имеют ультратонкий ДЭС (двойной электрический слой толщиной всего d ~ 1 нм) и гигантские площади распределенных в объеме прибора дисперсных электродов. В качестве электродных материалов в СК используются пористые наноструктурированные вещества.

Преимущества этого источника энергии хорошо известны: значительно меньшее время, требуемое на перезарядку, и на порядки большее количество выдерживаемых циклов заряда-разряда. Новый импульс развитию суперконденсаторов придало открытие углеродных нанотрубок, с помощью которых стало возможным получать электроды с огромной удельной поверхностью. В качестве электродов уже начинают использоваться наноугольные материалы с очень высокой удельной поверхностью (порядка 1000 кв.м/г), что позволяет реализовать сверхвысокую удельную емкость – до 10 Ф/куб.см или даже выше. Большая емкость также достигается за счет максимизации эффективной площади обкладок и уменьшения эффективного расстояния между ними до нескольких нанометров. В большинстве представленных на рынке суперконденсаторов электроды выполнены из углерода (гранулированного или порошкового). Между ними расположен разделитель, пропитанный электролитом (водным или органическим раствором) с высокой концентрацией подвижных ионов. При контакте электрода с электролитом с двух сторон их межфазовой границы формируются слои с избыточными носителями противоположной полярности. Межфазовая граница раздела двух материалов толщиной всего несколько нанометров служит диэлектриком конденсатора.

Пока еще суперконденсаторы слишком молоды и не могут использоваться в качестве самостоятельных источников энергии для электромобилей. И хотя суперконденсаторы не могут пока заменить аккумулятор транспортного средства, их применение значительно расширяет возможности системы питания, улучшая стартовые свойства при низких температурах (благодаря большему пусковому крутящему моменту), стабилизируя напряжение системы питания и сохраняя энергию, выделяемую при торможении. В общем случае в системе питания транспортных средств целесообразно применять суперконденсаторы, время зарядки/разрядки которых составляет 5-60 с.

Поиск по сайту: