Människor använde först kondensatorer för att lagra elektricitet. Sedan, när elektroteknik gick utöver laboratorieexperiment, uppfanns batterier, som blev det huvudsakliga sättet att lagra elektrisk energi. Men i början av 2000-talet föreslås det återigen att använda kondensatorer för att driva elektrisk utrustning. Hur möjligt är detta och kommer batterier äntligen att bli ett minne blott?

Anledningen till att kondensatorer byttes ut mot batterier berodde på de betydligt större mängder elektricitet som de klarar av att lagra. En annan anledning är att under urladdning ändras spänningen vid batteriutgången väldigt lite, så att en spänningsstabilisator antingen inte behövs eller kan vara av en mycket enkel konstruktion.

Den största skillnaden mellan kondensatorer och batterier är att kondensatorer direkt lagrar elektrisk laddning, medan batterier omvandlar elektrisk energi till kemisk energi, lagrar den och sedan omvandlar den kemiska energin tillbaka till elektrisk energi.

Under energiomvandlingar går en del av den förlorad. Därför har även de bästa batterierna en verkningsgrad på högst 90%, medan den för kondensatorer kan nå 99%. Intensiteten av kemiska reaktioner beror på temperaturen, så batterier presterar märkbart sämre i kallt väder än vid rumstemperatur. Dessutom är kemiska reaktioner i batterier inte helt reversibla. Därav det lilla antalet laddnings-urladdningscykler (i storleksordningen tusentals, oftast är batteritiden cirka 1000 laddnings-urladdningscykler), såväl som "minneseffekten". Låt oss komma ihåg att "minneseffekten" är att batteriet alltid måste laddas ur till en viss mängd ackumulerad energi, då kommer dess kapacitet att vara maximal. Om det efter urladdning finns mer energi kvar i den, kommer batterikapaciteten gradvis att minska. "Minneseffekten" är karakteristisk för nästan alla kommersiellt producerade typer av batterier, utom sura (inklusive deras varianter - gel och AGM). Även om det är allmänt accepterat att litiumjon och litiumpolymerbatterier det är inte typiskt, faktiskt har de det också, det visar sig bara i mindre utsträckning än hos andra typer. När det gäller syrabatterier uppvisar de effekten av plattsulfatering, vilket orsakar irreversibel skada på strömkällan. En av anledningarna är att batteriet förblir i ett laddningstillstånd på mindre än 50 % under lång tid.

När det gäller alternativ energi är "minneseffekten" och plattsulfatering allvarliga problem. Faktum är att tillförseln av energi från källor som t.ex solpaneler och vindkraftverk är svåra att förutse. Som ett resultat sker laddning och urladdning av batterier kaotiskt, i ett icke-optimalt läge.

För den moderna livsrytmen visar det sig vara absolut oacceptabelt att batterier måste laddas i flera timmar. Hur föreställer du dig till exempel att köra långa sträckor i ett elfordon om ett urladdat batteri håller dig fast vid laddningsplatsen i flera timmar? Laddningshastigheten för ett batteri begränsas av hastigheten på de kemiska processer som sker i det. Du kan minska laddningstiden till 1 timme, men inte till några minuter. Samtidigt begränsas kondensatorns laddningshastighet endast av den maximala strömmen som tillhandahålls av laddaren.

De uppräknade nackdelarna med batterier har gjort det angeläget att istället använda kondensatorer.

Använda ett elektriskt dubbelskikt

Under många decennier hade elektrolytkondensatorer den högsta kapaciteten. I dem var en av plattorna metallfolie, den andra var en elektrolyt, och isoleringen mellan plattorna var metalloxid, som täckte folien. För elektrolytkondensatorer kan kapaciteten nå hundradelar av en farad, vilket inte räcker för att helt byta ut batteriet.

Jämförelse av design olika typer kondensatorer (Källa: Wikipedia)

Stor kapacitans, mätt i tusentals farad, kan erhållas av kondensatorer baserade på det så kallade elektriska dubbelskiktet. Principen för deras funktion är som följer. Ett elektriskt dubbelskikt uppträder under vissa förhållanden vid gränsytan mellan ämnen i den fasta och flytande fasen. Två lager joner bildas med laddningar av motsatta tecken, men av samma storlek. Om vi ​​förenklar situationen väldigt mycket, bildas en kondensator, vars "plattor" är de angivna lagren av joner, vars avstånd är lika med flera atomer.

Superkondensatorer med olika kapacitet tillverkade av Maxwell

Kondensatorer baserade på denna effekt kallas ibland jonistorer. Faktum är att denna term inte bara hänvisar till kondensatorer i vilka elektrisk laddning lagras, utan också till andra enheter för lagring av elektricitet - med partiell omvandling av elektrisk energi till kemisk energi tillsammans med lagring av den elektriska laddningen (hybridjonistor), såväl som för batterier baserade på dubbla elektriska lager (så kallade pseudokondensatorer). Därför är termen "superkondensatorer" mer lämplig. Ibland används den identiska termen "ultracapacitor" istället.

Tekniskt genomförande

Superkondensatorn består av två plattor av aktivt kol fyllda med elektrolyt. Mellan dem finns ett membran som tillåter elektrolyten att passera igenom, men som förhindrar fysisk rörelse av aktivt kolpartiklar mellan plattorna.

Det bör noteras att superkondensatorer själva inte har någon polaritet. I detta skiljer de sig fundamentalt från elektrolytiska kondensatorer, som i regel kännetecknas av polaritet, bristande överensstämmelse med vilket leder till fel på kondensatorn. Emellertid tillämpas polaritet även på superkondensatorer. Detta beror på det faktum att superkondensatorer lämnar fabrikens monteringslinje redan laddade, och markeringen indikerar polariteten för denna laddning.

Superkondensatorparametrar

Den maximala kapaciteten för en enskild superkondensator, uppnådd i skrivande stund, är 12 000 F. För masstillverkade superkondensatorer överstiger den inte 3 000 F. Den maximalt tillåtna spänningen mellan plattorna överstiger inte 10 V. För kommersiellt tillverkade superkondensatorer, denna siffra ligger som regel inom 2. 3 – 2,7 V. Låg driftspänning kräver användning av en spänningsomvandlare med stabilisatorfunktion. Faktum är att under urladdning ändras spänningen på kondensatorplattorna över ett brett område. Konstruktion av en spänningsomvandlare för att ansluta lasten och laddareär en icke-trivial uppgift. Låt oss säga att du behöver driva en 60W belastning.

För att förenkla övervägandet av problemet kommer vi att försumma förluster i spänningsomvandlaren och stabilisatorn. I fall du arbetar med vanligt batteri med en spänning på 12 V, då måste styrelektroniken tåla en ström på 5 A. Sådana elektroniska enheter är utbredda och billiga. Men en helt annan situation uppstår när man använder en superkondensator, vars spänning är 2,5 V. Då kan strömmen som flyter genom omvandlarens elektroniska komponenter nå 24 A, vilket kräver nya tillvägagångssätt för kretsteknik och en modern elementbas. Det är just svårigheten att bygga en omvandlare och stabilisator som kan förklara det faktum att superkondensatorer, serieproduktion som startade redan på 70-talet av 1900-talet, har först nu börjat användas i stor utsträckning inom en mängd olika områden.

Schematiskt diagram källa avbrottsfri strömförsörjning
spänning på superkondensatorer, är huvudkomponenterna implementerade
på en mikrokrets producerad av LinearTechnology

Superkondensatorer kan kopplas till batterier med serie- eller parallellkoppling. I det första fallet ökar den maximalt tillåtna spänningen. I det andra fallet - kapacitet. Att öka den maximalt tillåtna spänningen på detta sätt är ett sätt att lösa problemet, men du måste betala för det genom att minska kapacitansen.

Storleken på superkondensatorer beror naturligtvis på deras kapacitet. En typisk superkondensator med en kapacitet på 3000 F är en cylinder med en diameter på cirka 5 cm och en längd på 14 cm. Med en kapacitet på 10 F har en superkondensator dimensioner som är jämförbara med en mänsklig fingernagel.

Bra superkondensatorer klarar hundratusentals laddnings-urladdningscykler och överskrider batterierna med cirka 100 gånger i denna parameter. Men precis som elektrolytkondensatorer står superkondensatorer inför problemet med åldrande på grund av det gradvisa läckaget av elektrolyt. Hittills har ingen fullständig statistik om fel på superkondensatorer av denna anledning samlats, men enligt indirekta data kan livslängden för superkondensatorer uppskattas till ungefär 15 år.

Ackumulerad energi

Mängden energi som lagras i en kondensator, uttryckt i joule:

E = CU 2/2,
där C är kapacitansen, uttryckt i farad, U är spänningen på plattorna, uttryckt i volt.

Mängden energi som lagras i kondensatorn, uttryckt i kWh, är:

W = CU 2/7200000

Därför kan en kondensator med en kapacitet på 3000 F med en spänning mellan plattorna på 2,5 V lagra endast 0,0026 kWh. Hur jämför detta med till exempel ett litiumjonbatteri? Om du accepterar det utspänning oberoende av graden av urladdning och lika med 3,6 V, då kommer energimängden 0,0026 kWh att lagras i ett litiumjonbatteri med en kapacitet på 0,72 Ah. Ack, ett mycket blygsamt resultat.

Applicering av superkondensatorer

Nödbelysningssystem är där användning av superkondensatorer istället för batterier gör en verklig skillnad. Faktum är att det är just denna applikation som kännetecknas av ojämn urladdning. Dessutom är det önskvärt att nödlampan laddas snabbt och att reservkraftkällan som används i den har större tillförlitlighet. En superkondensatorbaserad reservkraftkälla kan integreras direkt i LED lampa T8. Sådana lampor tillverkas redan av ett antal kinesiska företag.

Powered LED-jordljus
från solpaneler, energilagring
där den utförs i en superkondensator

Som redan nämnts beror utvecklingen av superkondensatorer till stor del på intresset för alternativa energikällor. Men praktisk användningän så länge begränsat till LED-lampor som får energi från solen.

Användningen av superkondensatorer för att starta elektrisk utrustning utvecklas aktivt.

Superkondensatorer kan leverera stora mängder energi på kort tid. Genom att driva elektrisk utrustning vid start från en superkondensator kan toppbelastningar på elnätet minskas och i slutändan kan inkopplingsströmmarginalen minskas, vilket ger enorma kostnadsbesparingar.

Genom att kombinera flera superkondensatorer till ett batteri kan vi uppnå en kapacitet som är jämförbar med de batterier som används i elbilar. Men detta batteri kommer att väga flera gånger mer än batteriet, vilket är oacceptabelt för fordon. Problemet kan lösas genom att använda grafenbaserade superkondensatorer, men de finns för närvarande bara som prototyper. En lovande version av den berömda Yo-mobilen, endast driven av el, kommer dock att använda den nya generationens superkondensatorer, som utvecklas av ryska forskare, som en kraftkälla.

Superkondensatorer kommer också att gynna utbytet av batterier i konventionella bensin- eller dieselfordon - deras användning i sådana fordon är redan en realitet.

Under tiden kan det mest framgångsrika av de genomförda projekten för införande av superkondensatorer betraktas som de nya rysktillverkade trolleybussarna som nyligen dök upp på Moskvas gator. När spänningsförsörjningen till kontaktnätet avbryts eller när strömavtagarna "flyger av" kan trolleybussen färdas med låg hastighet (ca 15 km/h) i flera hundra meter till en plats där den inte stör trafiken på vägen. Energikällan för sådana manövrar är ett batteri av superkondensatorer.

I allmänhet kan superkondensatorer för närvarande bara ersätta batterier i vissa "nischer". Men tekniken utvecklas snabbt, vilket gör att vi kan förvänta oss att tillämpningsområdet för superkondensatorer inom en snar framtid kommer att utökas avsevärt.

En superkondensator eller jonistor är en anordning för att lagra energimassor; laddningsackumulering sker vid gränsen mellan elektroden och elektrolyten. Den användbara energivolymen lagras som en statisk laddning. Den kumulativa processen kommer ner till interaktion med konstant spänning, när jonistorn får en potentialskillnad över sina plattor. Teknologisk implementering, såväl som själva idén om att skapa sådana enheter, dök upp relativt nyligen, men de lyckades få experimentell användning för att lösa ett visst antal problem. Delen kan ersätta nuvarande källor av kemiskt ursprung, vara en backup eller det huvudsakliga strömförsörjningsmedlet i klockor, miniräknare och olika mikrokretsar.

Den elementära designen av en kondensator består av en platta, vars material är folie, avgränsad av ett torrt separerande ämne. Jonistorn består av ett antal kondensatorer med en laddare av elektrokemisk typ. Speciella elektrolyter används för dess produktion. Beläggningar kan vara av flera varianter. Aktivt kol används för tillverkning av storskaliga foder. Metalloxider och polymermaterial med hög konduktivitet kan också användas. För att uppnå den erforderliga kapacitiva densiteten rekommenderas att använda mycket porösa kolmaterial. Dessutom låter detta tillvägagångssätt dig göra en jonistor till en imponerande låg kostnad. Sådana delar tillhör kategorin DLC-kondensatorer, som ackumulerar laddning i ett dubbelfack bildat på plattan.

Designlösningen, när jonistorn kombineras med en vattenelektrolytbas, kännetecknas av lågt motstånd hos de inre elementen, medan laddningsspänningen är begränsad till 1 V. Användningen av organiska ledare garanterar spänningsnivåer på ca 2...3 V och ökat motstånd.

Elektroniska kretsar arbetar med högre energibehov. Lösningen på detta problem är att öka antalet strömuttag som används. Jonistorn installeras inte bara en, utan i en mängd av 3-4 stycken, vilket ger den nödvändiga mängden laddning.

Jämfört med ett nickel-metallhydridbatteri kan jonistorn innehålla en tiondel av energireserven, medan dess spänning sjunker linjärt, exklusive zoner med plan urladdning. Dessa faktorer påverkar förmågan att helt behålla laddningen i jonistorn. Laddningsnivån beror direkt på elementets tekniska syfte.

Ganska ofta används en jonistor för att driva minneschips och ingår i filterkretsar och utjämningsfilter. De kan också kombineras med batterier av olika slag för att bekämpa konsekvenserna av plötsliga strömstötar: när en låg ström tillförs laddas jonistoren om, annars frigör den en del av energin, vilket minskar den totala belastningen.

Hypen kring Elon Musks konstruktion av en "Battery Gigafactory" för produktion litiumjonbatterier hade ännu inte lagt sig när ett meddelande dök upp om en händelse som avsevärt skulle kunna justera "miljardärrevolutionärens" planer.
Detta är ett färskt pressmeddelande från företaget. Sunvault Energy Inc., som tillsammans med Edison Power Company lyckats skapa världens största grafen superkondensator med en kapacitet på 10 tusen (!) Farads.
Denna siffra är så fenomenal att den väcker tvivel bland inhemska experter - inom elektroteknik till och med 20 Microfarads (det vill säga 0,02 Millifarads), detta är mycket. Det råder dock ingen tvekan om att direktören för Sunvault Energy är Bill Richardson, tidigare guvernör i New Mexico och tidigare USA:s energiminister. Bill Richardson är en välkänd och respekterad man: han tjänstgjorde som USA:s ambassadör i FN, arbetade i flera år på tankesmedjan Kissinger och McLarty och nominerades till och med till ett Nobelpris för sina framgångar med att befria amerikaner som fångats av militanter i olika "hot spots" fred. 2008 var han en av Demokratiska partiets kandidater till presidentposten i USA, men förlorade mot Barack Obama.

Idag växer Sunvault snabbt, efter att ha skapat ett joint venture med Edison Power Company som heter Supersunvault, och i styrelsen för det nya företaget ingår inte bara forskare (en av direktörerna är en biokemist, en annan är en företagsam onkolog), utan även kända personer med gott affärsmannaskap. Jag noterar att företaget på bara de senaste två månaderna har tiodubblat kapaciteten på sina superkondensatorer - från tusen till 10 000 Farad, och lovar att öka den ännu mer så att energin som samlas i kondensatorn räcker för att driva ett helt hus, det vill säga Sunvault är redo att agera direkt konkurrent till Elon Musk, som planerar att producera superbatterier av Powerwall-typ med en kapacitet på cirka 10 kWh.

Fördelarna med grafenteknik och slutet på Gigafactory.

Här måste vi komma ihåg huvudskillnaden mellan kondensatorer och batterier - om de förra snabbt laddar och laddar ur, men ackumulerar lite energi, då batterier - tvärtom. Notera främsta fördelarna med grafen superkondensatorerV.

1. Snabbladdning — kondensatorer laddas ungefär 100-1000 gånger snabbare än batterier.

2. Billighet: om konventionella litiumjonbatterier kostar cirka $500 per 1 kWh ackumulerad energi, så kostar en superkondensator endast $100, och i slutet av året lovar skaparna att minska kostnaden till $40. När det gäller dess sammansättning är det vanligt kol - ett av de vanligaste kemiska elementen på jorden.

3. Kompakthet och energitäthet och. Den nya grafen-superkondensatorn förvånar inte bara med sin fantastiska kapacitet, som överstiger kända prover med ungefär tusen gånger, utan också med sin kompakthet - den är storleken på en liten bok, det vill säga hundra gånger mer kompakt än 1 Farad-kondensatorerna används för närvarande.

4. Säkerhet och miljövänlighet. De är mycket säkrare än batterier, som värms upp, innehåller farliga kemikalier och ibland till och med exploderar.Grafen i sig är ett biologiskt nedbrytbart ämne, det vill säga i solen sönderfaller det helt enkelt och förstör inte miljön. Det är kemiskt inaktivt och skadar inte miljön.

5. Enkelheten i den nya tekniken för att producera grafen. Enorma territorier och kapitalinvesteringar, massor av arbetare, giftiga och farliga ämnen som används i teknisk process litiumjonbatterier står i skarp kontrast till den nya teknikens fantastiska enkelhet. Faktum är att grafen (det vill säga den tunnaste, monoatomiska kolfilmen) produceras vid Sunvault... med hjälp av en vanlig CD-skiva som en del av en grafitsuspension hälls på. Skivan sätts sedan in i en vanlig DVD-enhet och bränns med laser specialprogram- och grafenlagret är klart! Det rapporteras att denna upptäckt gjordes av en slump - av studenten Maher El-Kadi, som arbetade i kemisten Richard Kaners laboratorium. Han brände sedan skivan med LightScribe-mjukvaran för att producera ett lager av grafen.
Dessutom, som Sunvaults vd Gary Monahan sa vid en Wall Street-konferens, arbetar företaget för att energilagringsenheter för grafen skulle kunna produceras genom konventionell utskrift på en 3D-skrivare- och detta kommer att göra deras produktion inte bara billig utan också praktiskt taget universell. Och i kombination med billiga solpaneler (idag har deras kostnad sjunkit till 1,3 USD per W), ger superkondensatorer av grafen miljontals människor chansen att få energioberoende genom att helt koppla från elnätet, och ännu mer - att bli sin egen el leverantörer och genom att förstöra "naturliga" monopol.
Det råder alltså ingen tvekan: grafen superkondensatorer är revolutionerande genombrott inom energilagring och . Och detta är dåliga nyheter för Elon Musk - byggandet av en fabrik i Nevada kommer att kosta honom omkring 5 miljarder dollar, vilket skulle vara svårt att få tillbaka även utan sådana konkurrenter. Det verkar som att medan byggandet av Nevada-fabriken redan pågår och sannolikt kommer att slutföras, är det osannolikt att de andra tre som Musk har planerat kommer att bli färdiga.

Tillgång till marknaden? Inte så fort vi skulle vilja.

Den revolutionerande karaktären hos sådan teknik är uppenbar. En annan sak är oklart – när kommer den ut på marknaden? Redan idag ser Elon Musks skrymmande och dyra litiumjon-Gigafactory-projekt ut som en dinosaurie av industrialismen. Men oavsett hur revolutionerande, nödvändigt och miljövänligt ny teknologi, det betyder inte att hon kommer till oss om ett eller två år. Kapitalvärlden kan inte undvika finansiella chocker, men den har varit ganska framgångsrik när det gäller att undvika tekniska. I liknande fall Bakom kulisserna överenskommelser mellan stora investerare och politiska aktörer börjar fungera. Det är värt att komma ihåg att Sunvault är ett företag beläget i Kanada och i styrelsen ingår personer som, även om de har omfattande kopplingar till den politiska eliten i USA, fortfarande inte är en del av dess petrodollarkärna, en mer eller mindre uppenbar kamp mot vilken den tydligen redan har börjat.
Det som är viktigast för oss är Möjligheter som erbjuds av framväxande energiteknik: energioberoende för landet, och i framtiden - för var och en av dess medborgare. Naturligtvis är grafen-superkondensatorer mer av en "hybrid", övergångsteknologi; den tillåter inte direkt generering av energi, till skillnad från magneto-gravitationsteknik, som lovar att helt förändra själva det vetenskapliga paradigmet och hela världens utseende. Äntligen finns det revolutionerande finansteknik, som faktiskt är tabu av den globala petrodollarmaffian. Ändå är detta ett mycket imponerande genombrott, desto mer intressant eftersom det händer i "the petrodollar Beasts lya" - i USA.
För bara ett halvår sedan skrev jag om italienarnas framgångar inom kallfusionsteknik, men under den här tiden lärde vi oss om den imponerande LENR-tekniken från det amerikanska företaget SolarTrends, och om genombrottet för tyska Gaya-Rosch, och nu om den verkliga revolutionerande teknik för grafenlagringsenheter. Även denna korta lista visar att problemet inte är att vår eller någon annan regering inte har förmågan att sänka de räkningar vi får för gas och el, och inte ens i den icke-transparenta beräkningen av tariffer.
Roten till ondskan är okunnigheten hos dem som betalar räkningarna och oviljan hos dem som utfärdar dem att ändra något . Bara för vanliga människor är energi elektricitet. I verkligheten är jagets energi makt.

Den vetenskapliga publikationen Science rapporterade om ett tekniskt genombrott gjort av australiensiska vetenskapsmän inom området för att skapa superkondensatorer.

Anställda vid Monash University, beläget i Melbourne, lyckades förändra produktionstekniken för superkondensatorer gjorda av grafen på ett sådant sätt att de resulterande produkterna är mer kommersiellt attraktiva än tidigare befintliga analoger.

Experter har länge pratat om de magiska egenskaperna hos grafenbaserade superkondensatorer, och laboratorietester har mer än en gång övertygande bevisat det faktum att de är bättre än konventionella. Sådana kondensatorer med prefixet "super" förväntas av skaparna av modern elektronik, bilföretag och till och med byggare av alternativa elkällor, etc.

Den extremt långa livscykeln, liksom förmågan hos en superkondensator att ladda på kortast möjliga tid, gör att designers kan lösa komplexa designproblem med deras hjälp. olika enheter. Men fram till den tiden blockerades grafenkondensatorernas triumfmarsch av deras låga specifika energi och... I genomsnitt hade en jonisator eller superkondensator en specifik energiindikator i storleksordningen 5–8 Wh/kg, vilket mot bakgrund av snabb urladdning gjorde grafenprodukten beroende av behovet av att mycket ofta ge uppladdning.

Australiska anställda vid Department of Materials Manufacturing Research från Melbourne, ledd av professor Dan Lee, lyckades öka den specifika energitätheten hos en grafenkondensator med 12 gånger. Nu är denna siffra för den nya kondensatorn 60 W*h/kg, och detta är redan en anledning att tala om en teknisk revolution på detta område. Uppfinnarna lyckades övervinna problemet med snabb urladdning av grafen-superkondensatorn, vilket säkerställer att den nu laddas ur långsammare än till och med ett standardbatteri.

En teknisk upptäckt hjälpte forskarna att uppnå ett så imponerande resultat: de tog en adaptiv grafengelfilm och skapade en mycket liten elektrod från den. Uppfinnarna fyllde utrymmet mellan grafenarken med flytande elektrolyt så att ett subnanometeravstånd bildades mellan dem. Denna elektrolyt finns också i konventionella kondensatorer, där den fungerar som en ledare av elektricitet. Här blev det inte bara en ledare, utan också ett hinder för kontakten av grafenark med varandra. Det var detta drag som gjorde att vi kunde uppnå mer hög densitet kondensator samtidigt som den porösa strukturen bibehålls.

Själva den kompakta elektroden skapades med hjälp av teknik som är bekant för tillverkare av det papper som vi alla är bekanta med. Den här metoden Det är ganska billigt och enkelt, vilket gör att vi kan vara optimistiska om möjligheten till kommersiell produktion av nya superkondensatorer.

Journalister skyndade sig att försäkra världen om att mänskligheten har fått ett incitament att utvecklas helt nytt elektroniska apparater. Uppfinnarna själva, genom professor Lees mun, lovade att hjälpa grafensuperkondensatorn mycket snabbt att täcka vägen från laboratoriet till fabriken.

Gilla det eller inte, elbilarnas era närmar sig stadigt. Och för närvarande är det bara en teknik som håller tillbaka genombrottet och övertagandet av marknaden av elfordon, teknik för lagring av elektrisk energi, etc. Trots alla framgångar av forskare i denna riktning har de flesta el- och hybridbilar litiumjonbatterier i sin design, som har sina positiva och negativa sidor, och kan bara ge ett fordons körsträcka på en laddning under en kort sträcka, tillräckligt för att resa i stadens gränser. Alla världens ledande biltillverkare förstår detta problem och letar efter sätt att öka effektiviteten hos elfordon, vilket kommer att öka räckvidden på en enda laddning. batterier.

Ett av sätten att förbättra elbilarnas effektivitet är att samla in och återanvända energi som blir till värme när bilen bromsar och när bilen kör över ojämna vägytor. Metoder för att returnera sådan energi har redan utvecklats, men effektiviteten av dess insamling och återanvändning är extremt låg på grund av batteriernas låga driftshastighet. Bromstider mäts vanligtvis i sekunder, vilket är för snabbt för batterier som tar timmar att ladda. Därför, för att ackumulera "snabb" energi, krävs andra tillvägagångssätt och lagringsenheter, vars roll mest sannolikt är kondensatorer stor kapacitet, så kallade superkondensatorer.

Tyvärr är superkondensatorer ännu inte redo att ge sig ut på den stora vägen, trots att de kan ladda och ladda ur snabbt är deras kapacitet fortfarande relativt låg. Dessutom lämnar tillförlitligheten hos superkondensatorer mycket övrigt att önska; materialen som används i superkondensatorernas elektroder förstörs ständigt som ett resultat av upprepade laddnings-urladdningscykler. Och detta är knappast acceptabelt med tanke på det faktum att antalet driftscykler för superkondensatorer bör vara många miljoner gånger under en elbils hela livslängd.

Santhakumar Kannappan och en grupp av hans kollegor från Institute of Science and Technology, Gwangju, Korea, har en lösning på ovanstående problem, vars grund är ett av vår tids mest fantastiska material - grafen. Koreanska forskare har utvecklat och tillverkat prototyper av högeffektiva grafenbaserade superkondensatorer, vars kapacitiva parametrar inte är sämre än de för litiumjonbatterier, men som mycket snabbt kan ackumulera och frigöra sin elektriska laddning. Dessutom kan även prototyper av grafen-superkondensatorer motstå många tiotusentals driftscykler utan att förlora sina egenskaper.
Tricket för att uppnå sådana imponerande resultat är att få en speciell form av grafen, som har en enorm effektiv yta. Forskarna gjorde denna form av grafen genom att blanda grafenoxidpartiklar med hydrazin i vatten och krossa det hela med ultraljud. Det resulterande grafenpulvret förpackades i skivformade pellets och torkades vid en temperatur av 140 grader Celsius och ett tryck av 300 kg/cm i fem timmar.

Det resulterande materialet visade sig vara mycket poröst; ett gram av sådant grafenmaterial har en effektiv yta lika med arean på en basketplan. Dessutom tillåter den porösa naturen hos detta material den joniska elektrolytiska vätskan EBIMF 1 M att helt fylla hela volymen av materialet, vilket leder till en ökning av superkondensatorns elektriska kapacitet.

Mätningar av egenskaperna hos experimentella superkondensatorer visade att deras elektriska kapacitet är cirka 150 Farad per gram, energilagringstätheten är 64 watt per kilogram och densiteten elektrisk ström lika med 5 ampere per gram. Alla dessa egenskaper är jämförbara med de för litiumjonbatterier, vars energilagringstäthet sträcker sig från 100 till 200 watt per kilogram. Men dessa superkondensatorer har en stor fördel: de kan ladda helt eller släppa all sin lagrade laddning på bara 16 sekunder. Och den här tiden är den snabbaste laddnings-urladdningstiden hittills.

Denna imponerande uppsättning egenskaper, plus den enkla tillverkningstekniken för grafen-superkondensatorer, kan motivera forskarnas påstående, som skrev att deras "grafen-supernu är redo för massproduktion och kan dyka upp i kommande generationer av elbilar. ”

En grupp forskare från Rice University har anpassat en metod som de utvecklat för att producera grafen med hjälp av en laser för att göra superkondensatorelektroder.

Sedan upptäckten har grafen, en form av kol, kristallcell som bland annat har en monoatomisk tjocklek övervägdes som ett alternativ till aktiva kolelektroder som används i superkondensatorer, kondensatorer med hög kapacitans och låga läckströmmar. Men tid och forskning har visat att grafenelektroder inte fungerar mycket bättre än mikroporösa aktiverade kolelektroder, och detta orsakade en minskad entusiasm och inskränkning av ett antal studier.

Ändå, grafenelektroder har några obestridliga fördelar jämfört med porösa kolelektroder.

Grafen superkondensatorer kan arbeta vid högre frekvenser, och flexibiliteten hos grafen gör det möjligt att skapa extremt tunna och flexibla energilagringsenheter baserade på det, som är idealiskt lämpade för användning i bärbar och flexibel elektronik.

De två ovan nämnda fördelarna med grafen-superkondensatorer föranledde ytterligare forskning av en grupp forskare från Rice University. De anpassade den laserassisterade grafenproduktionsmetoden de utvecklade för att göra superkondensatorelektroder.

"Det vi kunde uppnå är jämförbart med mikrosuperkondensatorer som finns på elektronikmarknaden", säger James Tour, forskaren som ledde forskargruppen. "Med vår metod kan vi producera superkondensatorer som har vilken rumslig form som helst. När vi behöver packa grafenelektroder på en tillräckligt liten yta viker vi dem helt enkelt som ett pappersark."

För att producera grafenelektroder använde forskare lasermetoden (laserinducerat grafem, LIG), där en kraftfull laserstråle riktas mot ett mål tillverkat av ett billigt polymermaterial.

Parametrarna för laserljuset är valda på ett sådant sätt att det bränner ut alla element från polymeren utom kol, som bildas i form av en porös grafenfilm. Denna porösa grafen har visat sig ha en tillräckligt stor effektiv yta, vilket gör den till ett idealiskt material för superkondensatorelektroder.

Det som gör Rice University-teamets resultat så övertygande är hur lätt det är att producera porös grafen.

”Grafenelektroder är väldigt enkla att tillverka. Detta kräver inte ett rent rum och processen använder konventionella industriella lasrar, som fungerar framgångsrikt i fabriksverkstäder och även på utomhus säger James Tur.

Förutom enkel tillverkning har superkondensatorer av grafen visat mycket imponerande egenskaper. Dessa energilagringsenheter har klarat tusentals laddnings-urladdningscykler utan förlust av elektrisk kapacitet. Dessutom förblev den elektriska kapacitansen för sådana superkondensatorer praktiskt taget oförändrad efter att den flexibla superkondensatorn deformerats 8 tusen gånger i rad.

"Vi har visat att tekniken vi har utvecklat kan producera tunna och flexibla superkondensatorer som kan bli komponenter i flexibel elektronik eller kraftkällor för bärbar elektronik som kan byggas in direkt i kläder eller vardagliga föremål", säger James Tour.

Människor använde först kondensatorer för att lagra elektricitet. Sedan, när elektroteknik gick utöver laboratorieexperiment, uppfanns batterier, som blev det huvudsakliga sättet att lagra elektrisk energi. Men i början av 2000-talet föreslås det återigen att använda kondensatorer för att driva elektrisk utrustning. Hur möjligt är detta och kommer batterier äntligen att bli ett minne blott?

Anledningen till att kondensatorer byttes ut mot batterier berodde på de betydligt större mängder elektricitet som de klarar av att lagra. En annan anledning är att under urladdning ändras spänningen vid batteriutgången väldigt lite, så att en spänningsstabilisator antingen inte behövs eller kan vara av en mycket enkel konstruktion.

Den största skillnaden mellan kondensatorer och batterier är att kondensatorer direkt lagrar elektrisk laddning, medan batterier omvandlar elektrisk energi till kemisk energi, lagrar den och sedan omvandlar den kemiska energin tillbaka till elektrisk energi.

Under energiomvandlingar går en del av den förlorad. Därför har även de bästa batterierna en verkningsgrad på högst 90%, medan den för kondensatorer kan nå 99%. Intensiteten av kemiska reaktioner beror på temperaturen, så batterier presterar märkbart sämre i kallt väder än vid rumstemperatur. Dessutom är kemiska reaktioner i batterier inte helt reversibla. Därav det lilla antalet laddnings-urladdningscykler (i storleksordningen tusentals, oftast är batteritiden cirka 1000 laddnings-urladdningscykler), såväl som "minneseffekten". Låt oss komma ihåg att "minneseffekten" är att batteriet alltid måste laddas ur till en viss mängd ackumulerad energi, då kommer dess kapacitet att vara maximal. Om det efter urladdning finns mer energi kvar i den, kommer batterikapaciteten gradvis att minska. "Minneseffekten" är karakteristisk för nästan alla kommersiellt producerade typer av batterier, utom sura (inklusive deras varianter - gel och AGM). Även om det är allmänt accepterat att litiumjon- och litiumpolymerbatterier inte har det, så har de det faktiskt också, det visar sig bara i mindre utsträckning än i andra typer. När det gäller syrabatterier uppvisar de effekten av plattsulfatering, vilket orsakar irreversibel skada på strömkällan. En av anledningarna är att batteriet förblir i ett laddningstillstånd på mindre än 50 % under lång tid.

När det gäller alternativ energi är "minneseffekten" och plattsulfatering allvarliga problem. Faktum är att tillgången på energi från källor som solpaneler och vindkraftverk är svår att förutse. Som ett resultat sker laddning och urladdning av batterier kaotiskt, i ett icke-optimalt läge.

För den moderna livsrytmen visar det sig vara absolut oacceptabelt att batterier måste laddas i flera timmar. Hur föreställer du dig till exempel att köra långa sträckor i ett elfordon om ett urladdat batteri håller dig fast vid laddningsplatsen i flera timmar? Laddningshastigheten för ett batteri begränsas av hastigheten på de kemiska processer som sker i det. Du kan minska laddningstiden till 1 timme, men inte till några minuter. Samtidigt begränsas kondensatorns laddningshastighet endast av den maximala strömmen som tillhandahålls av laddaren.

De uppräknade nackdelarna med batterier har gjort det angeläget att istället använda kondensatorer.

Använda ett elektriskt dubbelskikt

Under många decennier hade elektrolytkondensatorer den högsta kapaciteten. I dem var en av plattorna metallfolie, den andra var en elektrolyt, och isoleringen mellan plattorna var metalloxid, som täckte folien. För elektrolytkondensatorer kan kapaciteten nå hundradelar av en farad, vilket inte räcker för att helt byta ut batteriet.

Stor kapacitans, mätt i tusentals farad, kan erhållas av kondensatorer baserade på det så kallade elektriska dubbelskiktet. Principen för deras funktion är som följer. Ett elektriskt dubbelskikt uppträder under vissa förhållanden vid gränsytan mellan ämnen i den fasta och flytande fasen. Två lager joner bildas med laddningar av motsatta tecken, men av samma storlek. Om vi ​​förenklar situationen väldigt mycket, bildas en kondensator, vars "plattor" är de angivna lagren av joner, vars avstånd är lika med flera atomer.

Kondensatorer baserade på denna effekt kallas ibland jonistorer. Faktum är att denna term inte bara hänvisar till kondensatorer i vilka elektrisk laddning lagras, utan också till andra enheter för lagring av elektricitet - med partiell omvandling av elektrisk energi till kemisk energi tillsammans med lagring av den elektriska laddningen (hybridjonistor), såväl som för batterier baserade på dubbla elektriska lager (så kallade pseudokondensatorer). Därför är termen "superkondensatorer" mer lämplig. Ibland används den identiska termen "ultracapacitor" istället.

Tekniskt genomförande

Superkondensatorn består av två plattor av aktivt kol fyllda med elektrolyt. Mellan dem finns ett membran som tillåter elektrolyten att passera igenom, men som förhindrar fysisk rörelse av aktivt kolpartiklar mellan plattorna.

Det bör noteras att superkondensatorer själva inte har någon polaritet. I detta skiljer de sig fundamentalt från elektrolytiska kondensatorer, som i regel kännetecknas av polaritet, bristande överensstämmelse med vilket leder till fel på kondensatorn. Emellertid tillämpas polaritet även på superkondensatorer. Detta beror på det faktum att superkondensatorer lämnar fabrikens monteringslinje redan laddade, och markeringen indikerar polariteten för denna laddning.

Superkondensatorparametrar

Den maximala kapaciteten för en enskild superkondensator, uppnådd i skrivande stund, är 12 000 F. För masstillverkade superkondensatorer överstiger den inte 3 000 F. Den maximalt tillåtna spänningen mellan plattorna överstiger inte 10 V. För kommersiellt tillverkade superkondensatorer, denna siffra ligger som regel inom 2. 3 – 2,7 V. Låg driftspänning kräver användning av en spänningsomvandlare med stabilisatorfunktion. Faktum är att under urladdning ändras spänningen på kondensatorplattorna över ett brett område. Att bygga en spänningsomvandlare för att koppla ihop lasten och laddaren är en icke-trivial uppgift. Låt oss säga att du behöver driva en 60W belastning.

För att förenkla övervägandet av problemet kommer vi att försumma förluster i spänningsomvandlaren och stabilisatorn. Om du arbetar med ett vanligt 12 V-batteri måste styrelektroniken klara en ström på 5 A. Sådana elektroniska enheter är utbredda och billiga. Men en helt annan situation uppstår när man använder en superkondensator, vars spänning är 2,5 V. Då kan strömmen som flyter genom omvandlarens elektroniska komponenter nå 24 A, vilket kräver nya tillvägagångssätt för kretsteknik och en modern elementbas. Det är just komplexiteten i att bygga en omvandlare och stabilisator som kan förklara det faktum att superkondensatorer, vars serieproduktion började på 70-talet av 1900-talet, först nu har börjat användas i stor utsträckning inom en mängd olika områden.

Superkondensatorer kan kopplas till batterier med serie- eller parallellkoppling. I det första fallet ökar den maximalt tillåtna spänningen. I det andra fallet - kapacitet. Att öka den maximalt tillåtna spänningen på detta sätt är ett sätt att lösa problemet, men du måste betala för det genom att minska kapacitansen.

Storleken på superkondensatorer beror naturligtvis på deras kapacitet. En typisk superkondensator med en kapacitet på 3000 F är en cylinder med en diameter på cirka 5 cm och en längd på 14 cm. Med en kapacitet på 10 F har en superkondensator dimensioner som är jämförbara med en mänsklig fingernagel.

Bra superkondensatorer klarar hundratusentals laddnings-urladdningscykler och överskrider batterierna med cirka 100 gånger i denna parameter. Men precis som elektrolytkondensatorer står superkondensatorer inför problemet med åldrande på grund av det gradvisa läckaget av elektrolyt. Hittills har ingen fullständig statistik om fel på superkondensatorer av denna anledning samlats, men enligt indirekta data kan livslängden för superkondensatorer uppskattas till ungefär 15 år.

Ackumulerad energi

Mängden energi som lagras i en kondensator, uttryckt i joule:

där C är kapacitansen, uttryckt i farad, U är spänningen på plattorna, uttryckt i volt.

Mängden energi som lagras i kondensatorn, uttryckt i kWh, är:

Därför kan en kondensator med en kapacitet på 3000 F med en spänning mellan plattorna på 2,5 V lagra endast 0,0026 kWh. Hur jämför detta med till exempel ett litiumjonbatteri? Om vi ​​tar dess utspänning att vara oberoende av graden av urladdning och lika med 3,6 V, kommer en mängd energi på 0,0026 kWh att lagras i ett litiumjonbatteri med en kapacitet på 0,72 Ah. Ack, ett mycket blygsamt resultat.

Applicering av superkondensatorer

Nödbelysningssystem är där användning av superkondensatorer istället för batterier gör en verklig skillnad. Faktum är att det är just denna applikation som kännetecknas av ojämn urladdning. Dessutom är det önskvärt att nödlampan laddas snabbt och att reservkraftkällan som används i den har större tillförlitlighet. En superkondensatorbaserad reservströmförsörjning kan integreras direkt i T8 LED-lampan. Sådana lampor tillverkas redan av ett antal kinesiska företag.

Som redan nämnts beror utvecklingen av superkondensatorer till stor del på intresset för alternativa energikällor. Men praktisk tillämpning är fortfarande begränsad till LED-lampor som får energi från solen.

Användningen av superkondensatorer för att starta elektrisk utrustning utvecklas aktivt.

Superkondensatorer kan leverera stora mängder energi på kort tid. Genom att driva elektrisk utrustning vid start från en superkondensator kan toppbelastningar på elnätet minskas och i slutändan kan inkopplingsströmmarginalen minskas, vilket ger enorma kostnadsbesparingar.

Genom att kombinera flera superkondensatorer till ett batteri kan vi uppnå en kapacitet som är jämförbar med de batterier som används i elbilar. Men detta batteri kommer att väga flera gånger mer än batteriet, vilket är oacceptabelt för fordon. Problemet kan lösas genom att använda grafenbaserade superkondensatorer, men de finns för närvarande bara som prototyper. En lovande version av den berömda Yo-mobilen, endast driven av el, kommer dock att använda den nya generationens superkondensatorer, som utvecklas av ryska forskare, som en kraftkälla.

Superkondensatorer kommer också att gynna utbytet av batterier i konventionella bensin- eller dieselfordon - deras användning i sådana fordon är redan en realitet.

Under tiden kan det mest framgångsrika av de genomförda projekten för införande av superkondensatorer betraktas som de nya rysktillverkade trolleybussarna som nyligen dök upp på Moskvas gator. När spänningsförsörjningen till kontaktnätet avbryts eller när strömavtagarna "flyger av" kan trolleybussen färdas med låg hastighet (ca 15 km/h) i flera hundra meter till en plats där den inte stör trafiken på vägen. Energikällan för sådana manövrar är ett batteri av superkondensatorer.

I allmänhet kan superkondensatorer för närvarande bara ersätta batterier i vissa "nischer". Men tekniken utvecklas snabbt, vilket gör att vi kan förvänta oss att tillämpningsområdet för superkondensatorer inom en snar framtid kommer att utökas avsevärt.

Alexey Vasiliev

Jordklotets elektriska kapacitet, som är känt från fysikkurser, är cirka 700 μF. En vanlig kondensator med denna kapacitet kan i vikt och volym jämföras med en tegelsten. Men det finns också kondensatorer med jordklotets elektriska kapacitet, lika stora som ett sandkorn - superkondensatorer.

Sådana enheter dök upp relativt nyligen, för cirka tjugo år sedan. De kallas olika: jonistorer, jonixer eller helt enkelt superkondensatorer.

Tro inte att de bara är tillgängliga för vissa högtflygande flygbolag. Idag kan du köpa i en butik en jonistor storleken på ett mynt och en kapacitet på en farad, vilket är 1500 gånger mer än kapaciteten på jordklotet och nära kapaciteten för den största planeten i solsystemet - Jupiter.

Vilken kondensator som helst lagrar energi. För att förstå hur stor eller liten energin som lagras i superkondensatorn är är det viktigt att jämföra den med något. Här är ett något ovanligt, men tydligt sätt.

Energin hos en vanlig kondensator räcker för att den ska hoppa ungefär en och en halv meter. En liten superkondensator av typ 58-9V, med en massa på 0,5 g, laddad med en spänning på 1 V, kunde hoppa till en höjd av 293 m!

Ibland tror de att jonistorer kan ersätta vilket batteri som helst. Journalister skildrade en framtida värld med tysta elfordon som drivs av superkondensatorer. Men det här är fortfarande långt kvar. En jonistor som väger ett kg klarar av att samla 3000 J energi, och det värsta blybatteriet är 86 400 J - 28 gånger mer. Men när man levererar hög effekt på kort tid försämras batteriet snabbt och laddas bara ur till hälften. Jonistorn upprepade gånger och utan att skada sig själv levererar någon kraft, så länge anslutningskablarna tål det. Dessutom kan superkondensatorn laddas på några sekunder, medan batteriet vanligtvis behöver timmar för att göra detta.

Detta bestämmer tillämpningsområdet för jonistorn. Den är bra som strömkälla för enheter som förbrukar mycket ström under en kort tid, men ganska ofta: elektronisk utrustning, ficklampor, bilstartare, elektriska hammare. Jonistorn kan också ha militära tillämpningar som kraftkälla för elektromagnetiska vapen. Och i kombination med ett litet kraftverk gör en jonistor det möjligt att skapa bilar med elektrisk hjuldrift och bränsleförbrukning på 1-2 liter per 100 km.

Jonistorer för ett brett utbud av kapaciteter och driftspänningar finns till försäljning, men de är ganska dyra. Så om du har tid och intresse kan du prova att göra en jonistor själv. Men innan du ger specifika råd, lite teori.

Det är känt från elektrokemin: när en metall nedsänks i vatten bildas ett så kallat dubbelt elektriskt skikt på dess yta, bestående av motsatta elektriska laddningar- joner och elektroner. Ömsesidiga attraktionskrafter verkar mellan dem, men laddningarna kan inte närma sig varandra. Detta hämmas av vatten- och metallmolekylernas attraktionskrafter. I sin kärna är ett elektriskt dubbelskikt inget annat än en kondensator. Laddningarna koncentrerade på dess yta fungerar som plattor. Avståndet mellan dem är mycket litet. Och, som du vet, ökar kapacitansen hos en kondensator när avståndet mellan dess plattor minskar. Därför når till exempel kapaciteten för en vanlig stålekr nedsänkt i vatten flera mF.

I huvudsak består en jonist av två elektroder med en mycket stor yta nedsänkt i en elektrolyt, på vars yta ett dubbelt elektriskt skikt bildas under påverkan av en applicerad spänning. Det är sant att med vanliga platta plattor skulle det vara möjligt att få en kapacitans på bara några tiotals mF. För att få de stora kapacitanserna som är karakteristiska för jonistorer använder de elektroder gjorda av porösa material som har en stor poryta med små yttre dimensioner.

Svampmetaller från titan till platina provades en gång för denna roll. Det ojämförligt bättre var dock... vanligt aktivt kol. Detta är träkol, som efter specialbehandling blir poröst. Ytan på porerna på 1 cm3 av sådant kol når tusen kvadratmeter, och kapaciteten hos det dubbla elektriska lagret på dem är tio farad!

Hemmagjord jonistor Figur 1 visar designen av en jonistor. Den består av två metallplattor som pressas tätt mot en "fyllning" av aktivt kol. Kol läggs i två lager, mellan vilka det finns ett tunt separerande lager av ett ämne som inte leder elektroner. Allt detta är impregnerat med elektrolyt.

Vid laddning av jonisorn bildas ett dubbelt elektriskt skikt med elektroner på ytan i ena hälften av kolporerna och i den andra hälften med positiva joner. Efter laddning börjar joner och elektroner strömma mot varandra. När de möts bildas neutrala metallatomer och den ackumulerade laddningen minskar och kan med tiden försvinna helt.

För att förhindra detta införs ett separerande skikt mellan skikten av aktivt kol. Den kan bestå av olika tunna plastfilmer, papper och till och med bomullsull.
I amatörjonistorer är elektrolyten en 25% lösning av bordssalt eller en 27% lösning av KOH. (Vid lägre koncentrationer bildas inte ett lager av negativa joner på den positiva elektroden.)

Kopparplattor med ledningar förlödda till dem används som elektroder. Deras arbetsytor bör rengöras från oxider. I det här fallet är det lämpligt att använda grovt sandpapper som lämnar repor. Dessa repor kommer att förbättra vidhäftningen av kolet till kopparn. För god vidhäftning måste plattorna vara avfettade. Avfettning av plattorna utförs i två steg. Först tvättas de med tvål och gnuggas sedan med tandpulver och tvättas av med en ström av vatten. Efter detta ska du inte röra dem med fingrarna.

Aktivt kol, köpt på apotek, mals i en mortel och blandas med elektrolyt för att få en tjock pasta, som sprids på ordentligt avfettade plåtar.

Under det första testet läggs plattorna med papperspackning ovanpå varandra, varefter vi ska försöka ladda den. Men det finns en subtilitet här. När spänningen är mer än 1 V börjar utsläppet av gaserna H2 och O2. De förstör kolelektroder och tillåter inte vår enhet att fungera i kondensator-jonistorläge.

Därför måste vi ladda den från en källa med en spänning som inte är högre än 1 V. (Detta är spänningen för varje par av plattor som rekommenderas för drift av industriella jonistorer.)

Detaljer för den nyfikna

Vid en spänning på mer än 1,2 V förvandlas jonistoren till ett gasbatteri. Detta är en intressant enhet, som också består av aktivt kol och två elektroder. Men strukturellt är den annorlunda utformad (se fig. 2). Vanligtvis tar du två kolstavar från en gammal galvanisk cell och binder gaspåsar med aktivt kol runt dem. KOH-lösning används som elektrolyt. (En lösning av bordssalt bör inte användas, eftersom dess nedbrytning frigör klor.)

Energiintensiteten för ett gasbatteri når 36 000 J/kg, eller 10 Wh/kg. Detta är 10 gånger mer än en jonistor, men 2,5 gånger mindre än ett konventionellt blybatteri. Ett gasbatteri är dock inte bara ett batteri, utan en mycket unik bränslecell. Vid laddning släpps gaser på elektroderna - syre och väte. De "sätter sig" på ytan av det aktiva kolet. När en belastningsström uppstår kopplas de ihop för att bilda vatten och elektrisk ström. Denna process går emellertid mycket långsamt utan en katalysator. Och, som det visade sig, kan bara platina vara en katalysator... Därför, till skillnad från en jonistor, kan ett gasbatteri inte producera höga strömmar.

Men Moskvas uppfinnare A.G. Presnyakov (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) använde framgångsrikt ett gasbatteri för att starta en lastbilsmotor. Hans avsevärda vikt - nästan tre gånger mer än vanligt - visade sig i det här fallet vara acceptabel. Men den låga kostnaden och frånvaron av skadliga material som syra och bly verkade extremt attraktiva.

Ett gasbatteri av den enklaste designen visade sig vara benägen att fullständig självurladdning på 4-6 timmar. Detta satte stopp för experimenten. Vem behöver en bil som inte kan startas efter att ha parkerats över natten?

Och ändå har "stor teknik" inte glömt gasbatterier. De är kraftfulla, lätta och pålitliga, de finns på vissa satelliter. Processen i dem sker under ett tryck på cirka 100 atm, och svampnickel används som en gasabsorbator, som under sådana förhållanden fungerar som en katalysator. Hela enheten är inrymd i en ultralätt kolfibercylinder. De resulterande batterierna har en energikapacitet nästan 4 gånger högre än blybatterier. En elbil kunde åka cirka 60 mil på dem. Men tyvärr är de fortfarande väldigt dyra.