Прорив у накопиченні енергії: нові суперконденсатори

Згідно з новим дослідженням Массачусетського технологічного інституту (MIT), два найпоширеніші матеріали в історії людства, цемент і сажа (схожа на дуже дрібне деревне вугілля), можуть стати основною сировиною для нового недорогого накопичувача енергії. система.

Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили, що ці два матеріали можуть поєднуватися з водою для створення суперконденсаторів (замінників батарей), які можуть накопичувати електричну енергію. Кажуть, що ця технологія може підтримувати стабільність в енергетичній мережі, незважаючи на коливання постачання відновлюваної енергії, тим самим сприяючи використанню відновлюваної енергії, такої як сонячна, вітрова та припливна.
 

Наприклад, дослідники кажуть, що їх суперконденсатори можна в кінцевому підсумку інтегрувати в бетонний фундамент будинку, де вони можуть зберігати енергію протягом цілого дня з дуже невеликими (або взагалі без) витратами та все ще забезпечувати міцність конструкції, необхідну для будинку. Дослідники також планують побудувати бетонну дорогу, яка зможе забезпечувати безконтактну зарядку для електромобілів, що рухаються цією дорогою.

Останні результати дослідження нещодавно були опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Конденсатор — це в принципі дуже простий пристрій, що складається з двох провідних пластин, занурених в електроліт і розділених мембраною. Коли на конденсатор подається напруга, позитивно заряджені іони з електроліту накопичуються на негативно зарядженій пластині, тоді як позитивно заряджені пластини накопичують негативно заряджені іони.

Завдяки мембрані між пластинами, яка перешкоджає міграції заряджених іонів, це поділ зарядів створює електричне поле між пластинами, і конденсатор стає зарядженим. Ці дві плати можуть підтримувати цю пару зарядів протягом тривалого періоду часу, а потім забезпечувати їх дуже швидко, коли це необхідно. Суперконденсатор - це конденсатор, який може зберігати надзвичайно велику кількість заряду.
Кількість електроенергії, яку може зберігати конденсатор, залежить від загальної площі поверхні його провідної пластини. Ключ до нового суперконденсатора, розробленого командою, полягає в методі виробництва матеріалів на основі цементу, які мають надзвичайно високу внутрішню поверхню завдяки щільній і взаємопов’язаній мережі провідних матеріалів у своєму об’ємі.

Зокрема, дослідники досягли цієї мети, помістивши високопровідну сажу, цементний порошок і воду в бетонну суміш і дозволивши їй застигнути. Коли вода реагує з цементом, вона природним чином утворює розгалужену мережу в структурі, і вуглець мігрує в ці простори, утворюючи лінійну структуру в затверділому цементі.

Ці структури мають розгалужену структуру, з більшими гілками, що породжують менші гілки, і так далі, зрештою утворюючи дуже велику площу поверхні в межах відносно малого діапазону об’єму.
Потім занурте цей матеріал у стандартний електроліт, такий як хлорид калію (сіль), який забезпечує заряджені частинки, які накопичуються на вуглецевій структурі. Дослідники виявили, що два електроди, виготовлені з цього матеріалу, розділені тонким простором або ізоляційним шаром, утворюючи дуже потужний суперконденсатор.

Дослідники зазначають, що цемент і сажа є двома матеріалами, історія яких налічує щонайменше дві тисячі років. «Коли ви комбінуєте їх певним чином, ви отримуєте провідний нанокомпозитний матеріал, коли речі стають справді цікавими. Крім того, необхідний вміст вуглецю дуже малий, становить лише 3 відсотки об’єму суміші, яка може утворити проникну вуглецевої мережі.
Дослідники кажуть, що суперконденсатори, виготовлені з цього матеріалу, мають великий потенціал у сприянні переходу світу на відновлювані джерела енергії. Основні джерела енергії без викидів, такі як енергія вітру, сонячна енергія та енергія припливів і відливів, виробляють свою потужність у різний час, який часто не відповідає піку споживання електроенергії. Тому методи зберігання електроенергії є важливими.

Попит на великомасштабні системи накопичення енергії дуже високий, а існуючі батареї занадто дорогі та в основному покладаються на такі матеріали, як літій. Пропозиція літію обмежена, тому існує нагальна потреба в дешевших альтернативах. Тут наша технологія є дуже перспективною, тому що цемент є скрізь", - сказали вони.
Дослідницька група підрахувала, що 45-кубічний бетон, легований нанотехнічним вуглецем (еквівалент кубу з діаметром приблизно 3,5 метра) матиме достатню ємність для зберігання приблизно 10-кіловат-годин енергії, що вважається середньодобове споживання електроенергії домогосподарством. Завдяки здатності бетону зберігати свою міцність, будинки, побудовані на цьому матеріалі, можуть протягом доби накопичувати енергію, вироблену сонячними батареями або вітряками, і використовувати її при потребі. Крім того, швидкість зарядки та розрядки суперконденсаторів значно вища, ніж у акумуляторів.
Дослідники також кажуть, що спочатку ця технологія може бути використана в ізольованих будинках, будівлях або укриттях далеко від електромережі, які можуть живитися від сонячних панелей, підключених до цементних суперконденсаторів.
Вони сказали, що система дуже масштабована, оскільки ємність накопичення енергії є прямою функцією об’єму електрода. Ви можете перетворити електрод товщиною 1 мм на електрод товщиною 1 метр, і, таким чином, ви можете фактично збільшити свою ємність накопичення енергії, починаючи від освітлення світлодіода на кілька секунд і закінчуючи живленням у всьому будинку.

Наша компанія зосереджена на високоякісних мідних наконечниках, клемних контактах запобіжників, (ЕЛЕКТРОМОБІЛЬ) EV Плівкові конденсаторні шини, (СОНЯЧНА ЕНЕРГІЯ) PV інверторні шини, ламіновані шини, алюмінієві корпуси для нових батарей, мідь/латунь/алюміній/нержавіюча сталь Штампування деталей та інших електротехнічних виробів Металеве штампування та зварювальне складання понад 18 років у Китаї. Ми починали як невелике підприємство, але зараз стали одним із провідних постачальників електромобілів та фотоелектричної промисловості в Китаї.

Якщо у вас є якісь потреби, зв’яжіться з нами, і ми відповімо якомога швидше!