Supercondensatori: super e persino ultra
Il problema dell'efficienza, della velocità, della capacità e della sicurezza della batteria sta diventando uno dei principali problemi globali. Nel senso che il sottosviluppo in quest'area minaccia di ristagnare l'intera nostra civiltà tecnica.
Di recente abbiamo scritto sull'esplosione delle batterie agli ioni di litio nei telefoni. La loro capacità ancora insoddisfacente e la ricarica lenta hanno sicuramente infastidito Elon Musk o qualsiasi altro appassionato di veicoli elettrici più di una volta. Abbiamo sentito parlare di varie innovazioni in quest'area per molti anni, ma non c'è ancora alcuna svolta che dia qualcosa di meglio nell'uso quotidiano. Tuttavia, ormai da tempo si parla molto del fatto che le batterie possano essere sostituite con condensatori a ricarica rapida, o meglio la loro versione "super".
Perché i normali condensatori non sperano in una svolta? La risposta è semplice. Un chilogrammo di benzina è circa 4. kilowattora di energia. La batteria del modello Tesla ha circa 30 volte meno energia. Un chilogrammo di massa del condensatore è solo 0,1 kWh. Non c'è bisogno di spiegare perché i normali condensatori non sono adatti per un nuovo ruolo. La capacità di una moderna batteria agli ioni di litio dovrebbe essere centinaia di volte maggiore.
Un supercondensatore o ultracondensatore è un tipo di condensatore elettrolitico che, rispetto ai classici condensatori elettrolitici, ha una capacità elettrica estremamente elevata (dell'ordine di diverse migliaia di farad), con una tensione di esercizio di 2-3 V. Il più grande vantaggio dei supercondensatori è tempi di carica e scarica molto brevi rispetto ad altri dispositivi di accumulo di energia (es. batterie). Ciò consente di aumentare l'alimentazione a 10 kW per chilogrammo di peso del condensatore.
Uno dei modelli di ultracondensatori disponibili sul mercato.
Risultati nei laboratori
Gli ultimi mesi hanno portato molte informazioni sui nuovi prototipi di supercondensatori. Alla fine del 2016 abbiamo appreso, ad esempio, che un gruppo di scienziati dell'Università della Florida centrale ha creato nuovo processo per la creazione di supercondensatori, risparmiando più energia e resistendo a più di 30 XNUMX. cicli di carica/scarica. Se sostituiamo le batterie con questi supercondensatori, non solo saremmo in grado di caricare uno smartphone in pochi secondi, ma sarebbe sufficiente per più di una settimana di utilizzo, ha detto ai media Nitin Chowdhary, un membro del team di ricerca. . Gli scienziati della Florida creano supercondensatori da milioni di microfili rivestiti con un materiale bidimensionale. I trefoli del cavo sono ottimi conduttori di elettricità, consentendo una rapida carica e scarica del condensatore, e il materiale bidimensionale che li ricopre consente l'accumulo di grandi quantità di energia.
Gli scienziati dell'Università di Teheran in Iran, che producono strutture porose di rame in soluzioni di ammoniaca come materiale per elettrodi, aderiscono a un concetto in qualche modo simile. Gli inglesi, a loro volta, optano per gel come quelli usati nelle lenti a contatto. Qualcun altro ha portato i polimeri in officina. La ricerca e i concetti sono infiniti in tutto il mondo.
Scienziati coinvolti in Progetto ELETTROGRAFO (Elettrodi a base di grafene per applicazioni di supercondensatori), finanziato dall'UE, ha lavorato alla produzione in serie di materiali per elettrodi di grafene e all'applicazione di elettroliti liquidi ionici ecologici a temperatura ambiente. Gli scienziati se lo aspettano il grafene sostituirà il carbone attivo (AC) è utilizzato negli elettrodi dei supercondensatori.
I ricercatori hanno prodotto ossidi di grafite qui, li hanno divisi in fogli di grafene e quindi hanno incorporato i fogli in un supercondensatore. Rispetto agli elettrodi a base di corrente alternata, gli elettrodi di grafene hanno migliori proprietà adesive e una maggiore capacità di accumulo di energia.
Imbarco passeggeri: il tram è in carica
I centri scientifici sono impegnati nella ricerca e nella prototipazione e i cinesi hanno messo in pratica i supercondensatori. La città di Zhuzhou, nella provincia di Hunan, ha recentemente presentato il primo tram di fabbricazione cinese alimentato da supercondensatori (2), il che significa che non richiede una linea aerea. Il tram è alimentato da pantografi installati alle fermate. Una ricarica completa dura circa 30 secondi, quindi avviene durante l'imbarco e lo sbarco dei passeggeri. Ciò consente al veicolo di percorrere 3-5 km senza alimentazione esterna, sufficiente per arrivare alla fermata successiva. Inoltre, recupera fino all'85% di energia in frenata.
Le possibilità per l'uso pratico dei supercondensatori sono numerose: dai sistemi energetici, celle a combustibile, celle solari ai veicoli elettrici. Di recente, l'attenzione degli specialisti è stata rivolta all'uso dei supercondensatori nei veicoli elettrici ibridi. Una cella a combustibile a membrana polimerica carica un supercondensatore, che poi immagazzina l'energia elettrica utilizzata per alimentare un motore. I rapidi cicli di carica/scarica dell'SC possono essere utilizzati per appianare la potenza di picco richiesta della cella a combustibile, fornendo prestazioni quasi uniformi.
Sembra che siamo già alle soglie della rivoluzione dei supercondensatori. L'esperienza dimostra, tuttavia, che vale la pena frenare gli eccessi di entusiasmo per non confondersi e non rimanere con una vecchia batteria scarica tra le mani.
