Energie ist ein äußerst interessantes Gebiet, das sich seit vielen Jahren in Folge rasant entwickelt. Habré veröffentlicht eine Vielzahl von Artikeln über alternative Energiequellen, Batterien von Mask, Elektrofahrzeuge usw.
Es gibt jedoch ein Thema, das nicht sehr oft angesprochen wird. Dies sind Superkondensatoren. Dieser Artikel ist ihnen gewidmet. Er enthüllt die Essenz des Superkondensators, den Umfang und beschreibt Fälle aus verschiedenen Branchen - Industrie, Verkehr usw., in denen diese Systeme verwendet werden.
Superkondensator, was bist du?
Wir alle wissen, was eine Batterie ist - sie ist eine Quelle konstanter Energie, die durch den Entladestrom begrenzt wird. Batterien können groß oder klein sein und sind weit verbreitet - von Fahrzeugen bis zu Spielzeug.
In diesem Artikel geht es jedoch um Superkondensatoren, daher ist es Zeit, darüber zu sprechen. Jeder Superkondensator ist also eine Quelle nicht konstanter, sondern impulsiver Leistung. Sie ist nur durch den äquivalenten Innenwiderstand begrenzt, der es dem Element ermöglicht, tatsächlich mit Kurzschlussströmen zu arbeiten.
Gleichzeitig ist es im Gegensatz zu einer Batterie eine Quelle für kurzfristige, wenn auch starke Energieimpulse. Dementsprechend werden Superkondensatoren überall dort eingesetzt, wo für kurze Zeit hohe Leistung benötigt wird.
Superkondensatoren werden auch Superkondensatoren genannt. Diese Zellen bestehen normalerweise aus zwei in den Elektrolyten eingetauchten Elektroden und einem Separator. Letzteres wird benötigt, um die Ladungsbewegung zwischen zwei Elektroden mit entgegengesetzter Polarität zu verhindern.
Superkondensatoren haben zwei positive Eigenschaften - hohe Leistung und niedriger Innenwiderstand, wodurch sie sich von Kondensatoren und Speicherbatterien unterscheiden. Das gebräuchlichste Elektrodenmaterial für Superkondensatoren ist Aktivkohle, die zwei wichtige Merkmale aufweist, darunter eine sehr große Oberfläche und einen kleinen Ladungsabstand.
Ein weiterer positiver Punkt ist die lange Haltbarkeit und Lebensdauer von Superkondensatoren. All dies ist auf die Besonderheiten der Energiespeicherung zurückzuführen. Superkondensatoren arbeiten also, indem sie Ladungen trennen. Dieser Prozess ist leicht reversibel, sodass Superkondensatoren sehr schnell Energie freisetzen können.
Nun ein wenig zur Definition der Eigenschaften von Superkondensatoren. Im Gegensatz zu Batterien, bei denen das Hauptmerkmal die in Amperestunden gemessene Kapazität ist, ist dies bei Superkondensatoren Farad. Hier ist die Formel, mit der Sie die Energie eines Superkondensators bestimmen können:
Energie (J) = 1/2 * Kapazität (F) * Quadrat der Spannung (V)
Es gibt verschiedene Arten von Superkondensatoren:
• Doppelschicht oder DSC.
• Pseudokondensatoren.
• Hybridkondensatoren.
Im ersten Fall besteht das System aus zwei porösen Elektroden, die durch einen mit Elektrolyt gefüllten Separator getrennt sind. Die Energieversorgung ergibt sich aus der Trennung der Ladung an den Elektroden mit einer sehr großen Potentialdifferenz.
Im zweiten Fall enthält das System zwei feste Elektroden und basiert auf zwei Mechanismen der Energieeinsparung. Dies sind Faraday-Prozesse und elektrostatische Wechselwirkungen.
Die dritte Option ist eine Ăśbergangsoption zwischen Kondensatoren und Batterien. Die Elektroden bestehen hier aus unterschiedlichen Materialien und die Ladungsakkumulation erfolgt dank unterschiedlicher Mechanismen.
Wo können Superkondensatoren eingesetzt werden?
Eine logische Antwort - in Branchen, in denen Sie schnell und in großen Mengen Energie abgeben müssen. Dies können insbesondere sein:
• Alternative Energie, Energiespeicherung mit Kraftstoff, Wind- und Sonnenwellen.
• Transportsysteme - Dies kann das Starten des Motors von Autos, Hybrid-Elektrofahrzeugen, Lokomotiven usw. sein.
• Energiespeicherung in Haushalten - zum Beispiel dort, wo Solarzellen oder Windkraftanlagen eingesetzt werden.
• Elektronische Geräte, bei denen Superkondensatoren als Quelle für die kurzfristige Stromversorgung verwendet werden.
• USV - klein und sehr groß. In unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen können Superkondensatoren in Verbindung mit Brennstoffzellen und anderen Quellen verwendet werden.
• Traditionelle Energietechnik in Bereichen, in denen kritische Lasten unvermeidlich sind, in denen jedoch ein unterbrechungsfreier Betrieb von allem und jedem erforderlich ist. Dies können Flughäfen, Kommunikationstürme, Krankenhäuser usw. sein.
• Elektronische Geräte verschiedener Größen und Kapazitäten.
In Bezug auf Windenergie und Sonnenenergie sollten hier Superkondensatoren verwendet werden, um hybride Energiespeichersysteme einzusetzen, die sowohl einen Li-Ion-Speicher als auch einen auf Superkondensatoren basierenden Speicher umfassen.
Beispiele von
Eine große Anzahl von ihnen kann zitiert werden, aber es wäre vernünftig, uns auf die drei aufschlussreichsten zu beschränken.
Frequenzgesteuerter elektrischer Antrieb. Hier werden Superkondensatoren bei Spannungseinbrüchen und kurzfristigem Stromausfall von nicht mehr als 10 Sekunden benötigt. Solche Antriebe werden in Bereichen mit kontinuierlichem technologischen Kreislauf in Produktionsanlagen eingesetzt. Darüber hinaus sollten Superkondensatoren in einem Unternehmen und in Systemen verwendet werden, die ein Objekt mit Gas, Wasser, Wärme und Energie usw. versorgen. an Kompressorstationen, in Kesselräumen, Pumpstationen usw.
Unterbrechungsfreies Netzteil.In diesem Fall ermöglichen Superkondensatoren das Kompensieren von Spannungseinbrüchen, die zu Problemen mit der Kontinuität technologischer Prozesse führen. Hier geht es um große Objekte, einschließlich der Industrie und verschiedener Arten von Infrastruktur - zum Beispiel Transport.
Insbesondere Superkondensatoren werden im tschechischen Werk Skoda in einer Roboterwerkstatt zum Lackieren von Karosserien eingesetzt. Wenn der Färbevorgang aus irgendeinem Grund stoppt, muss der Körper zum Beginn des Zyklus zurückgebracht werden.
Regelung der Leistung von Windkraftanlagen.Ein großes Problem bei alternativer Energie ist die Schwierigkeit, die Turbinenleistung auf dem gleichen Niveau zu halten. Je höher die Windgeschwindigkeit und je stärker der Wind selbst ist, desto mehr Energie wird erzeugt. Je niedriger, desto weniger Energie. Infolgedessen kann die Leistungsabgabe der Turbinen sehr stark variieren.
In diesem Fall kann ein Superkondensator auf verschiedene Weise gleichzeitig helfen:
• Halten Sie die Stromversorgung während eines kurzfristigen Spannungsausfalls auf dem gleichen Niveau.
• Gewährleistung der Stabilisierung von Frequenz und Spannung in Übertragungs- und Verteilungsnetzen mit einer hohen Konzentration erneuerbarer Energiequellen.
Werden Superkondensatoren in Russland hergestellt?
Ja, vor einigen Jahren wurde auf Habré die Nachricht veröffentlicht, dass NUST MISis eine Technologie entwickelt hat, die einem inländischen Unternehmen den Weg für die Produktion von Superkondensatoren eröffnet.
Daher startete TEEMP 2017 in Khimki die Produktion hocheffizienter Superkondensatoren und darauf basierender Module. Darüber hinaus sind dies alles rein russische Entwicklungen. TEEMP produziert übrigens flache Einzelzellen in einem laminierten Gehäuse, die in chemischen Stromquellen mit organischen Elektrolyten verwendet werden können: Superkondensatoren, Lithium-Ionen-Batterien, Metall-Luft-Stromquellen.
Gleichzeitig produziert TEEMP Zellen seines eigenen patentierten Designs - eine prismatische Zelle mit einer aktuellen Sammlung über die gesamte Oberfläche. Und dies nicht, um seine Einzigartigkeit zu demonstrieren, sondern nur aus praktischer Sicht - die über die gesamte Oberfläche verteilte Stromkollektion sorgt für eine gleichmäßige Wärmefelder, verlangsamt so den Abbauprozess und verlängert die Lebensdauer des Superkondensators.
TEEMP-Produkte sind in vielerlei Hinsicht einzigartig. Superkondensatormodule des Unternehmens arbeiten erfolgreich bei Temperaturen bis zu -60 ° C. Sie zeichnen sich durch einen geringen Innenwiderstand aus, was bedeutet, dass sie große Impulsströme liefern können. Das proprietäre Design von Zellen und Modulen ermöglicht es, das Gewicht und die Größe der Superkondensatorbaugruppe im Vergleich zu ähnlichen Geräten um 30% zu reduzieren.
Im trockenen RĂĽckstand
Abschließend können wir die Vor- und Nachteile von Superkondensatoren zusammenfassen. Einige von ihnen wurden oben erwähnt, aber im Moment lohnt es sich, sie alle separat aufzulisten.
Also die Vorteile:
• Relativ niedrige Kosten des Energiespeichers pro 1 Farad.
• Extrem hohe Leistungsdichte.
• Hohe Effizienz des Zyklus, die 95% und mehr erreicht.
• Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer.
• Breiter Betriebstemperaturbereich.
• Eine große Anzahl von Zyklen mit unveränderten Parametern.
• Hohe Lade- und Entladegeschwindigkeit.
• Zulässigkeit der Entladung auf Null.
• Relativ geringes Gewicht.
Nachteile:
• Relativ niedrige Energiedichte.
• Hohe Selbstentladung. Niederspannung pro Elementeinheit.
Es gibt immer noch mehr Vor- als Nachteile, und dank dessen wird die Technologie in einer zunehmenden Anzahl von Branchen aktiv implementiert. Jetzt nimmt die spezifische Kapazität von Superkondensatoren zu, während die Ladezeit im Gegenteil abnimmt. Wenn eine bestimmte Grenze erreicht ist, kann in einigen Bereichen von einem vollständigen Austausch von Batterien durch Superkondensatoren gesprochen werden, was im Allgemeinen bereits geschieht.