Supercapacitores - super e até ultra

A questão da eficiência, velocidade, capacidade e segurança da bateria está se tornando um dos principais problemas globais. No sentido de que o subdesenvolvimento nesta área ameaça estagnar toda a nossa civilização técnica.

Recentemente, escrevemos sobre a explosão de baterias de íons de lítio em telefones. Sua capacidade ainda insatisfatória e carregamento lento certamente incomodaram Elon Musk ou qualquer outro entusiasta de veículos elétricos mais de uma vez. Há muitos anos ouvimos falar de várias inovações nessa área, mas ainda não há avanço que dê algo melhor no uso diário. No entanto, há algum tempo se fala muito sobre o fato de que as baterias podem ser substituídas por capacitores de carregamento rápido, ou melhor, sua versão "super".

Por que os capacitores comuns não esperam um avanço? A resposta é simples. Um quilo de gasolina é aproximadamente 4. quilowatts-hora de energia. A bateria do modelo Tesla tem cerca de 30 vezes menos energia. Um quilograma de massa do capacitor é de apenas 0,1 kWh. Não há necessidade de explicar por que os capacitores comuns não são adequados para uma nova função. A capacitância de uma bateria moderna de íons de lítio teria que ser várias centenas de vezes maior.

Um supercapacitor ou ultracapacitor é um tipo de capacitor eletrolítico que, comparado aos capacitores eletrolíticos clássicos, possui uma capacitância elétrica extremamente alta (da ordem de vários milhares de farads), com uma tensão de operação de 2-3 V. A maior vantagem dos supercapacitores é tempos de carga e descarga muito curtos em comparação com outros dispositivos de armazenamento de energia (por exemplo, baterias). Isso permite aumentar a fonte de alimentação para 10 kW por quilograma de peso do capacitor.

Um dos modelos de ultracapacitores disponíveis no mercado.

Conquistas em laboratórios

Os últimos meses trouxeram muitas informações sobre novos protótipos de supercapacitores. No final de 2016, soubemos, por exemplo, que um grupo de cientistas da Universidade da Flórida Central criou novo processo para criar supercapacitores, economizando mais energia e suportando mais de 30 XNUMX. ciclos de carga/descarga. Se substituíssemos as baterias por esses supercapacitores, não apenas poderíamos carregar um smartphone em segundos, mas isso seria suficiente para mais de uma semana de uso, disse Nitin Chowdhary, membro da equipe de pesquisa, à mídia. . . Cientistas da Flórida criam supercapacitores a partir de milhões de microfios revestidos com um material bidimensional. Os fios do cabo são muito bons condutores de eletricidade, permitindo o carregamento e descarregamento rápido do capacitor, e o material bidimensional que os cobre permite o armazenamento de grandes quantidades de energia.

Cientistas da Universidade de Teerã, no Irã, que produzem estruturas porosas de cobre em soluções de amônia como material de eletrodo, aderem a um conceito um pouco semelhante. Os britânicos, por sua vez, optam por géis como os usados ​​em lentes de contato. Outra pessoa levou os polímeros para a oficina. Pesquisas e conceitos são infinitos em todo o mundo.

Cientistas envolvidos em projeto ELETROGRAFIA (Graphene-Based Electrodes for Supercapacitor Applications), financiado pela UE, vem trabalhando na produção em massa de materiais de eletrodos de grafeno e na aplicação de eletrólitos líquidos iônicos ecologicamente corretos à temperatura ambiente. Os cientistas esperam que grafeno substituirá o carvão ativado (AC) é usado nos eletrodos dos supercapacitores.

Os pesquisadores produziram óxidos de grafite aqui, dividiram-nos em folhas de grafeno e depois incorporaram as folhas em um supercapacitor. Em comparação com os eletrodos baseados em CA, os eletrodos de grafeno têm melhores propriedades adesivas e maior capacidade de armazenamento de energia.

Embarque de passageiros - o bonde está cobrando

Centros de ciência estão envolvidos em pesquisa e prototipagem, e os chineses colocaram supercapacitores em prática. A cidade de Zhuzhou, província de Hunan, apresentou recentemente o primeiro bonde fabricado na China movido por supercapacitores (2), o que significa que não requer uma linha aérea. O bonde é alimentado por pantógrafos instalados nas paradas. Uma carga completa leva cerca de 30 segundos, portanto, ocorre durante o embarque e desembarque dos passageiros. Isso permite que o veículo percorra de 3 a 5 km sem energia externa, o que é suficiente para chegar à próxima parada. Além disso, recupera até 85% de energia na frenagem.

As possibilidades de uso prático de supercapacitores são inúmeras - desde sistemas de energia, células de combustível, células solares até veículos elétricos. Recentemente, a atenção dos especialistas voltou-se para o uso de supercapacitores em veículos elétricos híbridos. Uma célula de combustível de diafragma de polímero carrega um supercapacitor, que então armazena a energia elétrica usada para alimentar um motor. Os ciclos rápidos de carga/descarga do SC podem ser usados ​​para suavizar a potência de pico necessária da célula de combustível, proporcionando um desempenho quase uniforme.

Parece que já estamos no limiar da revolução dos supercapacitores. A experiência mostra, no entanto, que vale a pena conter os excessos de entusiasmo para não se confundir e não ficar com uma bateria velha descarregada nas mãos.