Hogyan tárolják és szállítják az energiát a szuperkondenzátorok
A szuperkondenzátorok, más néven elektromos kettős{0}}rétegű kondenzátorok vagy EDLC-k, az elektromos energiát az elektrosztatikus töltésleválasztás révén tárolják az elektróda/elektrolit interfészen. Mivel a mechanizmus inkább fizikai, mint kémiai, a töltés másodperceken belül elnyelhető és felszabadulhat, és az elektróda szerkezete csak kismértékben terhelődik a ciklus során. A szén-alapú anyagok, beleértve az aktív szenet, a szintetikus grafitot és a grafitkompozitokat, a kereskedelmi cellákban használt elsődleges elektródaanyagok.
Egy ipari vásárló számára ritkán az a gyakorlati kérdés, hogy a szén egyáltalán működik-e, hanem az, hogy a szén felületének és a grafit vezetőképességének melyik kombinációja adja a legjobb egyensúlyt a teljesítmény, az élettartam és a költségek között egy meghatározott munkaciklus mellett.
Miért javítják a grafitelektródák az elektródák teljesítményét?
Az aktív szén biztosítja a töltést tároló felületet; A grafit látja el a vezetőképes hálózatot, amely az elektronokat a bevonatba és onnan kimozdítja. A két szerep kiegészíti egymást, és ennek megfelelően az elektródák kiegyensúlyozottak. Az alábbiakban felsoroljuk a legfontosabb tulajdonságokat.
Nagy fajlagos felületA - kereskedelmi forgalomban lévő aktív szén általában eléri az 1000–2000 m²/g-ot. Az értéket általában gázadszorpcióval határozzák meg a GB/T 19587-ben és az ISO 9277-ben leírt BET-módszerrel.
Magas elektromos vezetőképességA néhány tömegszázalékban hozzáadott - szintetikus grafit csökkenti a szénrészecskék és az áramgyűjtő közötti érintkezési ellenállást.
Kémiai és elektrokémiai stabilitásA - grafit ellenáll az oxidációnak és az elektrolit támadásnak a szerves-elektrolit eszközök üzemi feszültségablakán keresztül.
HőstabilitásA - grafit szerkezeti változás vagy vezetőképesség-csökkenés nélkül elviseli a nagy-áramú pulzálás okozta helyi hőmérséklet-emelkedést.
Ellenőrzött részecskeméret és tisztaságA - besorolt grafitporok stabilan tartják a bevonat reológiáját a nagy-sebességű elektródagyártás során, míg az alacsony hamu- és kénszint segít korlátozni az önkisülést.
Teljesítménysűrűség, élettartam és költség a gyakorlatban
Mivel az EDLC-k fizikai töltésleválasztással tárolják az energiát, az ismételt működés során a kapacitásvesztés alacsony marad, és a karbantartási igény szerény. Az alábbi táblázat összefoglalja, hogy a grafit és a szén anyagtulajdonságai hogyan alakulnak át az eszközök mérhető viselkedésébe.
| Anyagi tulajdonság | Hatás a sejten belül | Gyakorlati haszon |
|---|---|---|
| Magas elektromos vezetőképesség | Gyorsabb elektronátvitel az elektródán | Nagy teljesítménysűrűség és rövid töltési idő |
| Nagy szénfelület | További helyek állnak rendelkezésre az ionadszorpcióhoz | Magasabb fajlagos kapacitás |
| Stabil karbon szerkezet | Minimális lebomlás ciklusonként | Több százezer töltési/kisütési ciklus |
| Érett grafitfeldolgozás | Megbízható alapanyag ellátás | Alacsonyabb költség egy kilowattnyi beépített teljesítményre |
| Alacsony hamu és alacsony kéntartalom | Kevesebb mellékreakció az elektródánál | Lassabb önkisülés és{0}}megjósolható öregedés |
A költséghatékonyság az anyagok rendelkezésre állásából éppúgy következik, mint a készülék teljesítményéből: bőséges a szén- és grafit alapanyag, a feldolgozási módok kiforrottak, a keletkező elektródák hagyományos bevonatsorokon is előállíthatók.
Alkalmazások a közlekedésben, az iparban és a megújuló energiaforrásokban
A szuperkondenzátor bankokat ott választják ki, ahol a nagy teljesítmény, a gyors reakció és a nagyon hosszú szervizintervallum meghaladják az elektrosztatikus eszközök alacsonyabb energiasűrűségét.
Elektromos járművek és hibrid buszok- rögzíti a regeneratív fékezési energiát, segíti a gyorsulást és csökkenti a vontatási akkumulátor csúcsterhelését.
Vasúti és metrórendszerek- visszanyerje a fékezési energiát, és gyorsítás közben rövidtávú-áramot biztosít, csökkentve ezzel az ellátó hálózat keresleti díjait.
Megújuló energiát hasznosító üzemek- simítsa ki a nap- és szélerőművek teljesítményét, és pufferelje a rövid távú-ingadozásokat, mielőtt azok elérnék a hálózatot.
Ipari és UPS berendezések- menjen át a feszültségeséseken, adjon nagy-teljesítményű impulzusokat az automatizált gépeknek, és védje meg az érzékeny gyártósorokat.
Kikötői és anyagmozgató gépek- elnyeli az ismételt emelési ciklusok csúcsenergiáját, amikor csak az akkumulátorok{1}}elöregednek gyorsan.
Anyagválasztás és minőségellenőrzés
Nincs egyetlen olyan grafitminőség, amely minden szuperkondenzátor kialakításhoz megfelelne. A vevők általában rögzítik a részecskeméret-eloszlást, a fajlagos felületet, a csapsűrűséget, a hamu és kén határértékeit az elektróda bevonási folyamatához és a szükséges munkaciklushoz, majd minden tételt ellenőriznek. A tipikus bejövő ellenőrzés kiterjed a GB/T 19587 szerinti BET felületre, a lézerdiffrakciós részecskeméretre és a préselt mintán mért elektromos ellenállásra. Ahol grafit elektródatestet szállítanak ipari felhasználásra, a méretekre és jelölésekre vonatkozó követelmények általában a GB/T 3072 és az IEC 60239 szabványokra hivatkoznak, így a szállított cikk hozzáigazítható az általa kiszolgált berendezéshez.
A beszállítók és az integrátorok számára a gyakorlati szabály az, hogy meg kell határozni azokat az anyagtulajdonságokat, amelyeket az elektródafolyamat szabályozni tud, és a tűréshatárokat kellően szorosan kell tartani ahhoz, hogy a fajlagos kapacitás és a belső ellenállás a tervezési ablakon belül maradjon tételről tételre.
Gyakran Ismételt Kérdések
K: Miért használják a grafitot aktív szénnel, nem önmagában?
A grafit kiváló vezetőképességű, de kis felületű, míg az aktív szén nagyon nagy felülettel, de korlátozott vezetőképességgel rendelkezik. Együtt használva a grafit az elektronpályát, az aktív szén pedig a töltéstároló helyeket látja el.
K: Mennyi ideig bírják a szén{0}}alapú szuperkondenzátor elektródák?
Mivel az energiát a fizikai töltésleválasztás tárolja, a szénelektródák általában több százezer töltési és kisütési ciklust túlélnek alacsony kapacitásveszteséggel, sokkal többet, mint egy akkumulátorelektróda hasonló ciklusok mellett.
K: Mekkora felülettel kell rendelkeznie egy szénelektródának?
A kereskedelemben kapható elektródák széntartalma általában körülbelül 1000-2000 m²/g tartományba esik BET módszerrel mérve, az elektrolitrendszer által meghatározott pontos cél és a szükséges fajlagos kapacitás mellett.
K: Mennyi grafitot adnak az elektródabevonathoz?
A vezetőképes adalék frakció általában néhány tömegszázalék. Az optimumot a vezetőképesség és a töltést tároló felület hígulásának egyensúlyba hozásával találjuk meg.
K: A szuperkondenzátorok helyettesítik az akkumulátorokat?
Nem. Kiegészítik az akkumulátorokat: a szuperkondenzátor kezeli a nagy-teljesítményű, rövid-időtartamú igényt, míg az akkumulátor biztosítja a hosszú-időtartamú energiakapacitást.
K: Milyen minőségi tesztekről kell megegyezni a szállítás előtt?
A fajlagos felület, a szemcseméret-eloszlás, a csapsűrűség, a hamutartalom, a kéntartalom és a fajlagos ellenállás a szokásos ellenőrzések, amelyeket a megállapodás szerinti határértékekre vonatkozó tételtanúsítvány támaszt alá.