Baterie przyszłości

Czy w najbliższym czasie czeka nas rewolucja w dziedzinie baterii? Czy superkondensatory zastąpią baterie (akumulatory)? Wydaje się, że kiedyś tak. Znamy ograniczenia współczesnych baterii i akumulatorów. Z punktu widzenia zwykłego użytkownika jest to oczywiście stosunkowo krótki czas działania i długi czas ładowania. Myślę, że każdy spotkał się z tym problemem podczas korzystania z telefonu komórkowego (smartfonu).
Kondensatory, a baterie


W przeciwieństwie do kondensatorów i superkondensatorów , baterie przechowują energię w oparciu o reakcję chemiczną. To ważna różnica i jednocześnie cecha. Superkondensator magazynuje energię w polu elektrycznym bez reakcji chemicznych dzięki czemu można go ładować i rozładowywać nieporównywalnie szybciej niż baterie.



Superkondensator
 (materiały źródłowe: Internet)

Przez analogię superkondensator możemy porównać do naczynia – małego, litrowego wiadra. Bateria, natomiast, to trzy litrowa butelka z małym otworem - wylewką. W pierwszym przypadku możemy za jednym razem, a więc bardzo szybko nabrać lub wylać wodę, jednak będzie jej stosunkowo niewiele. W drugim przypadku zmieścimy znacznie więcej wody, jednak aby to zrobić będziemy potrzebować dużo czasu w celu napełnienia i opróżnienia.


Budowa kondensatora i nowe technologie


Prosty kondensator składa się z dwóch przewodników na przykład metalowych płyt oddzielonych izolatorem. Takim izolatorem może być na przykład powietrze lub folia z tworzywa sztucznego albo ceramiki. Podczas ładowania, ładunki ujemne - elektrony gromadzą się na jednym przewodniku (elektroda), a dodatnie na drugim. Rozładowanie, czyli przywrócenie stanu równowagi następuje w momencie, gdy zamkniemy obwód pomiędzy elektrodami.


Superkondensatory stosują tę samą zasadę, ale inne materiały. Jako elektrody stosuje się porowaty materiał - węgiel aktywny, którego nierówna powierzchnia przypomina gąbkę. Izolację stanowi elektrolit składający się z dodatnich i ujemnych jonów i rozpuszczalniku. Podczas ładowania jony z elektrolitu ulegają rozdzieleniu i gromadzą się na powierzchni każdej z płytek węgla.


Bardzo istotny i ciekawy fakt jest taki, że w superkondensatorze, odległości pomiędzy między przeciwnie naładowanymi elektrodami jest mierzony w nanometrach ( jedna tysięczna mikrona ) – dla porównania w klasycznych kondensatorach odległości „olbrzymie” i wynoszą kilkadziesiąt mikrometrów.


Dlaczego tak bardzo ważne są odległości? Okazuje się, że im mniejsza odległość między oddzielonymi elektrodami, tym więcej energii można magazynować.

Ale to nie wszystko. Dodatkowo niezmiernie ważna jest powierzchnia elektrod i skład elektrolitu. Ponieważ węgiel aktywny jest jak „gąbka", to powoduje, że w swoich zakamarkach może schować olbrzymią ilość jonów.


Czy kondensatory mogą zastąpić baterie?



Superkondensatory nadal pozostają w tyle baterii pod względem zdolności magazynowania energii, ponieważ mogą przechowywać tylko około 5 procent energii w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi . 


Aktualnie zastąpienie baterii jest technicznie możliwe w telefonach komórkowych. Telefon może wówczas ładować się bardzo szybko. Ale zgromadzona energia przy dzisiejszych superkondensatorach może starczyć na zaledwie 90 minut pracy co jest niepraktyczne i uciążliwe dla użytkownika.

Superkondensatory są natomiast bardzo skuteczne w chwili nagłego przyjęcia lub wyzwolenia energii, a to sprawia, że ​​są dobrym partnerem dla baterii litowo-jonowych. W przypadku samochodu elektrycznego, superkondensator może na przykład dostarczyć moc niezbędną do przyspieszenia, przyspieszyć ładowanie, a bateria zapewni odpowiedni zasięg.



Recepta na rewolucję


Podstawowe sposoby zwiększania skuteczności superkondensatorów są następujące :

  • zwiększenie powierzchni powłoki płyty poprzez wykorzystanie nowych materiałów,
  • modyfikacja składu elektrolitów,
  • zmniejszenie odległości pomiędzy elektrodami.

Zwiększenie pola powierzchni można osiągnąć przy użyciu nanorurek węglowych. Inni badacze , dostrzegają szansę wykorzystania grafenu lub lepsza węgla aktywnego .


Naukowcy również eksperymentują z cieczami jonowymi będącymi składnikiem elektrolitów. Niestety takie ciecze są drogie i "kapryśne" - mają na przykład tendencję do zamrażania w temperaturach poniżej temperatury pokojowej. 




Share on Google Plus

About mavi

0 komentarze:

Prześlij komentarz