Конденсаторы вполне способны заменить литиевые батареи

Конденсаторы вполне способны заменить литиевые батареи

Исследователи из Университета Северной Каролины (США) открыли способ, позволяющий поливинилиденфторидовому конденсатору накапливать и быстро отдавать значительно большее количество энергии, чем раньше. С высокой вероятностью эту технику можно будет использовать в качестве аккумуляторов в электромобилях, что радикально снизит стоимость покупки и эксплуатации последних.

Конденсаторы имеют дело с раздельно хранящимся в их слоях статическим зарядом электричества, а не с обратимыми химреакциями, как обычные аккумуляторы. А это значит, что для высвобождения накопленной энергии им не нужно ждать осуществления химической реакции, как литий-ионным или свинцово-кислотным батареям.

Они могут моментально отдавать весомое количество энергии. Недостатком их до недавнего времени была ограниченная ёмкость — около 10 ватт-часов на килограмм веса.

111_600.jpg Рис. 1. В нынешнем году Toyota планирует вернуться в «24 часа Ле-Мана» с гибридом TS030. Да-да, на суперконденсаторах.

Некоторое время назад Вивек Ранджан, физик из Университета Северной Каролины, опытным путём обнаружил, что

поливинилиденфторид в комбинации с хлортрифторэтиленом могут составлять конденсатор, накапливающий всемеро больше энергии на единицу веса, чем это удавалось любому другому конденсатору. Однако теоретическая природа этого явления оставалась неясной.

В исследовании, опубликованном недавно в журнале Physical Review Letters, г-н Ранджан и его коллеги изложили результаты компьютерного моделирования, позволившего выяснить механизм накопления энергии. Учёные пытались уловить, как меняется внутренняя структура полимеров под действием электромагнитного поля. Обычно в таких случаях атомы поляризуются, что позволяет конденсатору накапливать и отдавать энергию. Таким же оказался и механизм работы конденсаторов на поливинилиденфториде, однако все его атомы при этом двигались синхронно, одновременно переходя из неполяризованного в поляризованное состояние и тратя на это весьма малый электрический заряд.

«Обычно переход атомов из неполяризованного в поляризованное состояние — это цепная реакция, начинающаяся в одном месте и заканчивающаяся в другом, — объясняет Вивек Ранджан. — Если нам нужен эффективный конденсатор, это плохо, так как на изменение фазового состояния атомов уходит много энергии, и вы не сможете получить существенный электроток на выходе из системы».

При комбинации на базе поливинилиденфторида реакция имеет не цепной, а синхронный характер, что даёт возможность серьёзно повысить заряд, накапливаемый на единицу веса конденсатора. Понимание этого механизма позволяет надеться на обнаружение в ближайшем будущем в качестве хранилищ энергии других конденсаторов, ещё более эффективных. По словам г-на Ранджана, в этом случае можно будет говорить о вытеснении современных аккумуляторов из электромобилей, кои получили бы тогда динамику обычных бензиновых машин.

2222.jpg Рис. 2. А ещё суперконденсаторы стоят на гибридных «экобусах» ТролЗа, бегающих в Краснодаре с 2010 года.

Напомним, что литий-ионные аккумуляторы современных электромобилей и гибридов плохи именно тем, что из-за медленной отдачи энергии их нужно много: вес батарей одного электроавто обычно составляет сотни килограммов, что одновременно увеличивает расход энергии на движение машины. Кроме того, через шесть лет эксплуатации литиевые аккумуляторы деградируют. При этом стоимость их равна половине цены машины — а значит, каждые 12 лет владения электромобилист тратит вторую цену своего железного коня только на аккумуляторы. Другой проблемой является катастрофическое падение ёмкости литиевых батарей при температуре от 0 ˚C: в морозы они обеспечивают машине от силы половину нормального запаса хода. Конденсаторы же значительно морозоустойчивее, да и по быстроте отдачи принципиально эффективнее аккумуляторов, ведь они хранят не смеси для обратимой электрохимической реакции, которым ещё нужно время чтобы прореагировать, а чистую энергию.

  • Дата публикации: 13.03.2012
  • 212

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться