Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Nowe zastosowania superkondensatorów

ghost666 12 Wrz 2016 19:11 4770 13
  • Nowe zastosowania superkondensatorów
    Super- czy nawet ultrakondensatory stają się ostatnio bardzo atrakcyjnymi elementami do przechowywania energii: można je naładować w ciągu kilku sekund, mają bardzo długi czas życia i pracują z niemalże 100% wydajnością. Dodatkowo są o wiele lżejsze i bezpieczniejsze od akumulatorów, jednakże ich problemem jest niewielka pojemność. Z uwagi na to pełnią zazwyczaj tylko rolę zapasowego magazynu energii. Jednakże FastCAP - spin-off badaczy z MIT - chce to zmienić. Ultrakondensatory opracowane przez tę firmę mają przechowywać do 10 razy więcej energii i osiągać 10 razy większą gęstość mocy niż ich komercyjni odpowiednicy. Elementy te - jako jedyne na rynku - mogą pracować przy temperaturach od -110°C do 300°C; dzięki temu sprawdzą się nawet w najtrudniejszych warunkach.

    FastCAP wypuścił niedawno ultrakondensatory o wielkości baterii AA, które mogą być wykorzystywane w wielu zastosowaniach dotychczas dostępnych tylko dla akumulatorów. Firma ta założona została w 2008 roku i od tego czas udało jej się zaimplementować swoje wyroby m.in w przemyśle naftowym i gazownictwie; teraz planowane jest zastosowanie ultrakondensatorów w lotnictwie, systemach wojskowych, po to, aby finalnie mogły one trafić do samochodów elektrycznych, gdyż jest to jeden z długookresowych celów, jakie postawiła sobie firma.

    Ultrakondensatory wykorzystują pole elektryczne do przemieszczania jonów pomiędzy okładkami, które zazwyczaj pokryte są porowatym węglem aktywowanym. Jony te bardzo łatwo absorbują się do powierzchni, jak i są z niej uwalniane, co umożliwia właśnie szybkie ładowanie i rozładowywanie ogniwa. Ograniczona jednak w takim układzie jest powierzchnia absorpcji jonów, co ogranicza pojemność kondensatora. Tradycyjne superkondensatory przechowują tylko 5% ładunku zwykłej baterii litowo-jonowej o podobnych wymiarach. Ultrakondensatory opracowane przez FastCAP są jednak inne: dzięki zastosowaniu gęsto upakowanych, ułożonych pionowo nanorurek węglowych na powierzchni elektrod powierzchnia absorpcji jonów jest o wiele większa - prototypowe kondensatory tego rodzaju przechowywały dwa razy więcej energii niż ich klasyczne odpowiedniki i dostarczały do 15 razy więcej mocy niż klasyczne superkondensatory. Tak było w 2008 roku, gdy spin-off powstawał,

    Firma na początku opracowała prosty trzyetapowy plan podboju rynku. Pierwszy etap skupić się miał na zastosowaniach niszowych - w górnictwie naftowym i gazownictwie. Kolejny polegał na implementacji tych samych rozwiązań m.in. w systemach lotniczych. Ostatni, trzeci etap to konstrukcja ogniw dedykowanych dla samochodów elektrycznych. Rozwój firmy był bardzo szybki, w 2009 roku otrzymała ona grant na rozwój systemów, a w 2012 grant w ramach Programu Technologii Geotermalnych na rozwój ogniw mogących pracować w wysokiej temperaturze. FastCAP opracował wtedy ultrakondensatory, które pracować mogą w temperaturach do 250°C. W 2014 te kondensatory zostały wdrożone jako Ulysses Power System; stały się one częścią górniczego systemu telemetrii, który dedykowany był do pracy w trudnych warunkach. Zastąpienie zwykłych akumulatorów ultrakondensatorami pozwoliło m.in. na dziesięciokrotne zwiększenie mocy nadajnika radiowego urządzenia.

    Po kolejnych latach rozwoju firma jest gotowa na podbój przestrzeni - w 2015 roku FastCAP zrealizował dwa granty dla NASA, w ramach których opracował system zasilania dla misji kosmicznych m.in. poza nasz układ planetarny (gdzie panują bardzo niskie temperatury) i na Wenus (gdzie temperatury są wysokie). W 2016 firma potwierdziła fakt współpracy z NASA w ramach opracowywania systemów zasilania m.in. dla balonów mających obserwować komety z granic ziemskiej atmosfery.

    Jednakże finalnym celem FastCAP jest rynek motoryzacyjny - samochody elektryczne i hybrydowe mają korzystać z ultrakondensatorów w systemach przechowywania energii elektrycznej. W marcu tego roku FastCAP podpisał dokumenty o współpracy z producentem pojazdów elektrycznych Mullen Technologies. Firma ta chce stosować ultrakondensatory do poprawy własności systemów zasilających. Są one szczególnie odpowiednie do tego zastosowania, m.in. z uwagi na fakt, że można umieścić je w dowolnym miejscu samochodu, nawet w bliskiej okolicy silnika spalinowego - są one wszak odporne na wysokie temperatury.

    Źródło: http://phys.org/news/2016-09-applications-ultracapacitors.html#jCp

  • #2 13 Wrz 2016 10:06
    DamianG
    Poziom 20  

    Szkoda tylko, że brak jakichkolwiek konkretów, typu pojemność czy choćby napięcie pracy kondensatora.
    Poza tym kondensator jako magazyn energii dla samochodów hybrydowych czy elektrycznych? Wszystko fajnie, tylko jak to szybko naładować? Tesla ze swoją "podwójną" ładowarką potrzebuje 240V@40A, a co dopiero jeszcze szybsze ładowanie. Już nie wspominając o ewentualnym zabezpieczeniu przeciwzwarciowym "akumulatora" przy takich prądach.

  • #3 13 Wrz 2016 10:23
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    DamianG napisał:
    Szkoda tylko, że brak jakichkolwiek konkretów, typu pojemność czy choćby napięcie pracy kondensatora.
    Poza tym kondensator jako magazyn energii dla samochodów hybrydowych czy elektrycznych? Wszystko fajnie, tylko jak to szybko naładować? Tesla ze swoją "podwójną" ładowarką potrzebuje 240V@40A, a co dopiero jeszcze szybsze ładowanie. Już nie wspominając o ewentualnym zabezpieczeniu przeciwzwarciowym "akumulatora" przy takich prądach.


    Niestety w materiale źródłowym producent nie chwali się parametrami elektrycznymi.

    Ładowanie samochodów elektrycznych jest i będzie problemem, jeśli chcemy aby było porównywalnie szybkie, co nalewanie paliwa do baku (a przecież o to chodzi). Myślę, że finalnie powstaną stacje szybkiego ładowania, coś jak stacje paliw, gdzie nie będzie problemem ładować prądami, rzędu 1 kA.

  • #5 13 Wrz 2016 22:00
    lukiiiii
    Poziom 26  

    Nawiązując do czasu ładowania, może powstaną stacje "wymiany elektrolitu". Stary elektrolit bedzie spuszczany i regenerowany (ładowany) miedzyczasie.

  • #6 13 Wrz 2016 22:07
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    lukiiiii napisał:
    Nawiązując do czasu ładowania, może powstaną stacje "wymiany elektrolitu". Stary elektrolit bedzie spuszczany i regenerowany (ładowany) miedzyczasie.


    To bardzo ciekawa koncepcja, jednakże problematyczne technologicznie w tym sensie, że elektrolit nie powinien wchodzić w kontakt z powietrzem.

  • #7 14 Wrz 2016 12:29
    DamianG
    Poziom 20  

    lukiiiii napisał:
    Nawiązując do czasu ładowania, może powstaną stacje "wymiany elektrolitu". Stary elektrolit bedzie spuszczany i regenerowany (ładowany) miedzyczasie.


    Takie rozwiązanie stosowane jest w wózkach golfowych, jednak w kondensatorze ciężko o to.

    Co do stacji szybkiego ładowania to całkiem nie głupie, w końcu nikt nie powiedział, że trzeba te samochody ładować w domu. I paradoksalnie na stacji mogłoby być taniej.

  • #8 14 Wrz 2016 14:04
    Kiermasz
    Poziom 19  

    DamianG napisał:
    Co do stacji szybkiego ładowania to całkiem nie głupie, w końcu nikt nie powiedział, że trzeba te samochody ładować w domu. I paradoksalnie na stacji mogłoby być taniej.


    Skoro ta sama energia potrzebna do naładowania pojazdu będzie tańsza na stacji, to aż się prosi podbierać trochę energii na zasilanie domu z pojazdu :D

  • #9 14 Wrz 2016 16:04
    Oineh
    Poziom 20  

    Moim zdaniem. Na stacji powinna być potężna bateria super kondensatorów. Ładowane będą "powoli" z sieci. A potem z racji na to że mogą być szybko rozładowane będą ładowały kondensatory w samochodzie impulsem.
    Może się mylę ale jony w elektrolicie "rozdzielają się" pod wpływem pola elektrycznego. Wypuszczenie elektrolitu nie wchodzi w grę.

  • #10 14 Wrz 2016 18:28
    piotr411
    Poziom 22  

    Tak z ciekawości się podpytam bo buduję ultrakondensator do roweru elektrycznego, ale ze względu na koszta dokupiję co miesiąc kolejne sztuki. Teraz mam 6szt Ultraboost 3000F/2.7V, zestaw ten pozwala już na odpalenie 2L Diesla. Ale ciągle zamło by sprawdzić przy rowerze gdzie sterownik rusza dopiero przy 35V. Jak przeliczyć wydajność takiego zestawu w stosunku do akumulatorów czy może inaczej do mocy pobieranej przez silnik czyli 37V/9A?

  • #11 15 Wrz 2016 11:49
    koczis_ws
    Poziom 25  

    piotr411 napisał:
    Tak z ciekawości się podpytam bo buduję ultrakondensator do roweru elektrycznego, ale ze względu na koszta dokupiję co miesiąc kolejne sztuki. Teraz mam 6szt Ultraboost 3000F/2.7V, zestaw ten pozwala już na odpalenie 2L Diesla. Ale ciągle zamło by sprawdzić przy rowerze gdzie sterownik rusza dopiero przy 35V. Jak przeliczyć wydajność takiego zestawu w stosunku do akumulatorów czy może inaczej do mocy pobieranej przez silnik czyli 37V/9A?


    Tak "na kolanie" przeliczyłem. Potrzebujesz 14 szt. kondensatorów i przy pełnym obciążeniu powinno wystarczyć na jakąś godzinę jazdy. Ale trzeba jeszcze uwzględnić spadek napięcia przy rozładowywaniu (energia kondensatora jest wprost proporcjonalna do kwadratu napięcia) a to trochę komplikuje sprawę, zwłaszcza, że sterownik wymaga napięcia min. 35 V.

  • #12 15 Wrz 2016 13:44
    piotr411
    Poziom 22  

    To że 14szt potrzeba to raczej nie ulega wątpliwości;) . Bardziej mnie zastanawia wydajność takiego zestawu. Teraz mam akumulator 410Wh i starcza na przejechanie 30km ze średnią prędkością 25km/h przy ustawieniu sterownika na maksymalny prąd poboru 9A. Naturalnie mogę ograniczyć do niższych wartości w przedziale 3-9A i zasięg się relatywnie zmienia, ale i też spada prędkość. Ale nie o to chodzi, składam zestaw kondensatorów mam jak narazie 6szt + BMS. ceny są nie małe bo sztuka to ponad 200zł(netto) więc cały zestaw + BMSy to grubo ponad 5000zł(netto) kiedy aku Limh kosztuje "zaledwie" 1200zł. Kondensatory mają tą zaletę, ze mimo większego gabarytu są znacznie lżejsze. Celem jest zbudowanie zestawu o pojemności 1.5kWh, co gwarantuje przejechanie dystansu 100km przy 9A. Dlatego zanim poskładam całość liczę na wszelkie sposoby wydajność teoretyczną i jakoś średnio wyniki są ciekawe.

  • #13 15 Wrz 2016 15:31
    koczis_ws
    Poziom 25  

    Wielkim problemem jest duży spadek napięcia kondensatorów w miarę rozładowania. Trzeba chyba było by zastosować przetwornicę DC/DC żeby podciągać napięcie do wymaganego dla sterownika. Wtedy można wykorzystać większą część energii zgromadzonej w kondensatorze.
    Ja bym to raczej widział hybrydę. Dzięki szybkiemu ładowaniu kondensatorów można w nich gromadzić energię podczas hamowania czy zjazdu z górki a potem ją wykorzystać do wspomagania napędu z akumulatorów.

  • #14 15 Wrz 2016 16:03
    piotr411
    Poziom 22  

    Odzysk raczej nie realny, prąd ładowania musiał by wynosić ponad 20A, takie obciążenie na prądnicy zablokowało by koło ;) po za tym trzeba mieć na uwadze masę, hybryda aku+kondensatory, pozbawiła by zysku energii pozyskanej. Do tego silniki odzysujace prąd, mają około 15-20% mniejszą sprawność. Przetwornica DCDC miła by może i rację byty, ale na tym polu mam małe doświadczenie i dopóki nie będę mieć całego zestawu trudno mi coś konkretnego wymienić, z tego powodu zadałem pytanie, licząc, ze może ktoś próbował już takiego sposobu zasilania

  Szukaj w 5mln produktów