Суперконденсаторы на транспорте и в электронике

Основным видом устройств для хранения электрической энергии в настоящее время являются аккумуляторы. Однако существует еще один интересный вид устройств - суперконденсаторы или ионисторы. В отличие от батарей, принимающих и вырабатывающих электроэнергию за счет химических реакций между электродами, они ничего не вырабатывают, а запасают и отдают заряд в готовом виде.

Обычный конденсатор, как правило, имеет емкость от нескольких пико- (триллионных долей) до единиц милли- (тысячных долей) фарад. Энергоемкость такого заряда ничтожна в сравнении с аккумуляторами. У ионисторов эта величина на порядки больше. В продаже можно встретить суперконденсаторы, способные накапливать заряд в 5000 фарад (5 кФ). Это немало, примерно 18.2 кДж или 5.15 Втч, что сравнимо с емкостью литиевых ячеек.

Плюсы суперконденсаторов

В сравнении с аккумуляторами, у суперконденсаторов имеется целый ряд преимуществ. В первую очередь, это скорость зарядки. Литиевые батареи не очень хорошо переносят высокие токи зарядки. Уже при скорости зарядки 1 А/ч они перегреваются и могут даже взорваться. Суперконденсатор может заряжаться очень быстро. Нередко на практике скорость процесса ограничена возможностями источника (розетки) и кабелей, по которым течет ток.

Суперконденсаторы Hy-Cap EDLC VINATech

Второе преимущество — в долговечности. Литиевые ячейки демонстрируют срок службы порядка 1000 циклов заряда/разряда без существенной потери емкости. Суперконденсатор способен пережить и 10, и 100 тысяч, и даже миллион циклов без последствий.

И третье важное преимущество — суперконденсаторы не боятся больших перепадов температур, отлично зарекомендовали себя при работе в отрицательном диапазоне. Они менее токсичны, большинство используемых в конструкции веществ химически не так активны, как литий, а потому безопаснее.

Минусы суперконденсаторов

Первый минус суперконденсаторов – удельная емкость. Она ниже, чем у аккумуляторов. Упомянутые в начале статьи ионисторы на 5000 Фарад имеют длину 21 см, диаметр 6 см, и весят 800 грамм. Для сравнения, литиевая ячейка схожей емкости, формата 18500, имеет длину 5, диаметр 1.8 см, и весит около 30-35 грамм. Разница по объему – почти в 50 раз, по весу – около 25.

Второй минус — цена. Ценник на упомянутые суперконденсаторы на 5000 Ф доходит до $100, что при емкости 5 Втч дает удельную стоимость $20/Втч. При том, что удельная стоимость емкости литиевых батарей уже опустилась ниже $200/кВтч или $0.2/Втч. Разница – в 100 раз. То есть, если батарея современного электромобиля на литиевых элементах стоит $10 тыс., то при использовании ионисторов – подорожает до миллиона. Кроме того, она будет в 50 раз больше и в 25 раз – тяжелее.
Сборки суперконденсаторов
Можно использовать сборки конденсаторов меньшей емкости (например, 500 Ф), и тогда цена упадет на порядок-два. То есть, сравнится с литиевыми источниками питания. Но в этом случае объем и масса сборки окажутся столь большими, что ни в какой автомобиль такая батарея, имеющая хотя бы 100 кВтч емкости, не влезет.

Третий ключевой минус – зависимость напряжения на суперконденсаторе от остаточного заряда. У литиевых батарей по мере разрядки напряжение падает примерно от 4.2 до 3 вольт. Ионистор же разряжается до нуля и для получения стабильного напряжения требуется повышающий преобразователь-стабилизатор, который занимает место и приводит к потерям части энергии.

Кажется, что при таких недостатках у ионисторов нет никакого шанса стать заменой аккумуляторам. Ведь смартфон или ноутбук с дорогой батареей, весящей несколько килограмм, никому не нужен, а в авто суперконденсаторы вообще не поместить. Но не все так печально…

Перспективы для суперконденсаторов

Несмотря на все имеющиеся недостатки, не позволяющие использовать ионисторы для питания автомобилей или портативной электроники, у них есть право на жизнь. Конечно, ни автомобиля, способного проехать сотни километров, ни смартфона, заражающегося за 5 минут и работающего неделю, сделать с ними не получится. Но если взглянуть шире, есть и другие сферы применения суперконденсаторов.

Ученые уже не один год проводят исследования графеновых технологий, которые позволят увеличить емкость суперконденсаторов на порядок и больше. Вряд ли это произойдет в ближайшие год или два, но когда технологию освоят, отставание от аккумуляторов уже не будет столь существенным.

Да, суперконденсаторы не заменят литий, потому что аккумуляторы тоже прогрессируют, а ионисторы вряд ли станут на пару порядков вместительнее в обозримом будущем. Но они способны выполнять роль буферного источника питания, а также могут использоваться в городском транспорте. Подобные решения уже разрабатываются и выпускаются.

Белорусский «Белкоммунмаш» в 2017 представил электробус АКСМ-Е433 Vitovt, оборудованный ионисторами. Он способен пройти на одном заряде 12 км, а время полной зарядки батареи из суперконденсаторов составляет 7 минут. Учитывая, что городской автобус останавливается через каждые несколько сотен метров, а его маршрут редко превышает пару десятков километров – можно заряжать его на конечных остановках (белорусы так и сделали).

Автобус на суперконденсаторах Белкоммунмаш

Батарея АКСМ-Е433 весит около 1,5 тонн, что много по меркам авто. Но если ученые добьются повышения емкости ионисторов на порядок, то аналогичная сборка ионисторов сможет проехать не 12, а 120 км, или же иметь прежнюю дальность, но при массе до 150 кг. Это откроет перспективы перед электрическим внутригородским и междугородным транспортом ближнего сообщения, а также электромобилями для города.

Появление суперконденсаторов с большей удельной емкостью скажется позитивно и на электронике. В ноутбук или смартфон такой ионистор, все равно, вряд ли поместится, но в роли буферного накопителя энергии (внешнего аккумулятора) ионистор сгодится. Можно будет перед выходом из дома за зарядить его за минуту, положить в сумку, и уже в пути передать энергию носимому электронному устройству.

Безусловно, в нынешнем виде ионистор – весьма узкоспециализированное устройство, которое имеет ограниченное применение. Пока что суперконденсаторы можно использовать только там, где надежность, долговечность и скорость зарядки гораздо важнее автономности и цены. Городской автобус – как раз такой случай. Но если ученым удастся воплотить в реальность свои планы, а промышленность сможет наладить массовый выпуск суперконденсаторов по новым технологиям, нас ждет серьезное соперничество на рынке накопителей энергии.

Даже если ионисторы и не смогут вытеснить химические источники, превзойдя их по параметрам (или хотя бы сравнившись по удельной емкости), в некоторых сферах они составят существенную конкуренцию: на транспорте, и в области портативной электроники.

13 Oтвет на Суперконденсаторы на транспорте и в электронике

  • g up

    Hi! I’m at work surfing around your blog from my
    new iphone! Just wanted to say I love reading through your blog and
    look forward to all your posts! Carry on the superb work!

  • g it

    Hello my loved one! I wish to say that this post is awesome, great written and include almost all important infos.
    I would like to see more posts like this .

  • g rsacwgxy

    What’s up, after reading this awesome paragraph i am as
    well glad to share my know-how here with mates.

  • http://tinyurl.com/

    Amazing! This blog looks just like my old one! It’s on a entirely
    different subject but it has pretty much the same layout and design. Excellent choice
    of colors!

  • It’s perfect time to make some plans for the
    long run and it is time to be happy. I’ve
    learn this publish and if I may just I wish to counsel you
    some interesting issues or advice. Maybe you could write next articles
    relating to this article. I desire to learn even more issues approximately it!

  • Write more, thats all I have to say. Literally, it seems as
    though you relied on the video to make your point.
    You clearly know what youre talking about, why waste your intelligence on just posting
    videos to your blog when you could be giving us something enlightening to read?

  • http://tinyurl.com/

    Hi, i feel that i noticed you visited my blog so i came to return the choose?.I’m attempting to find things to enhance my
    website!I guess its good enough to use a few of your ideas!!

  • I think that what you typed made a ton of sense.
    But, what about this? suppose you added a little content?

    I am not suggesting your content isn’t good., but suppose you added a title that makes people desire more?
    I mean Суперконденсаторы на транспорте и в электронике
    is kinda vanilla. You might peek at Yahoo’s home page and note how they
    create news headlines to get viewers to open the links.
    You might add a video or a picture or two to get readers interested about everything’ve written. In my opinion, it might make your posts
    a little livelier.

  • Attractive section of content. I just stumbled upon your blog and in accession capital to assert that I acquire in fact
    enjoyed account your blog posts. Any way I will be subscribing
    to your augment and even I achievement you access consistently quickly.

  • When some one searches for his essential thing,
    so he/she needs to be available that in detail, therefore that thing is maintained
    over here.

  • What’s up to every , because I am genuinely eager of
    reading this website’s post to be updated daily.
    It includes fastidious data.

  • Pretty nice post. I just stumbled upon your blog and wanted to say that
    I have really enjoyed surfing around your blog posts.
    After all I will be subscribing to your feed and I hope you write again very soon!

  • Hi there, just became alert to your blog through Google, and found that it’s really informative.
    I am going to watch out for brussels. I will appreciate if you continue this in future.
    A lot of people will be benefited from your writing.
    Cheers!

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *