Chińskie badania nadzieją dla superkondensatorów?
Superkondensatory zwane też ultrakondensatorami, to bardzo obiecujące urządzenia, których olbrzymimi zaletami jest wyjątkowo krótki czas ładowania i rozładowywania oraz niezwykle długa żywotność urządzenia. Czyni ona superkondensatory przyjaznymi dla środowiska. Problem jednak w tym, że w są w stanie przechowywać jedynie 5% tej ilości energii, jaką możemy przechować w bateriach litowo-jonowych.
Jeśli zastąpilibyśmy superkondensatorem baterię w telefonie komórkowym, nigdy nie musielibyśmy go wymieniać i moglibyśmy naładować go w kilka sekund, ale wystarczyłaby nam jedynie na pół godziny pracy - mówi Joel Schindall z MIT-u.
Dlatego też obecnie superkondensatory to niszowe urządzenie, stosowane np. w autobusach, ciężarówkach czy pociągach do krótkotrwałego dostarczania mocy. Jeśli mogłyby przechowywać więcej energii stałyby się się wspaniałym źródłem zasilania samochodów elektrycznych czy urządzeń elektronicznych.
Może się to zmienić dzięki badaniom naukowców z Instytutu Badawczego Obrony Przeciwchemicznej w Chinach. Opracowali oni elektrodę, która może przechowywać dwukrotnie więcej ładunków, niż elektrody z węgla aktywnego, wykorzystywane we współczesnych superkondensatorach.
Nowa elektroda zawiera przypominające kwiaty nanocząsteczki tlenku manganu znajdujące się na pionowych węglowych nanorurkach. Nowe elektrody dostarczają pięciokrotnie więcej mocy niż elektrody używane obecnie. Ich żywotność dorównuje żywotności elektrod z węgla aktywnego, gdyż po 20 000 cykli ładowania/rozładowania tracą jedynie 3% pojemności.
Chińska elektroda ma przewagę nad innymi rozwiązaniami mającymi na celu zwiększenie pojemności superkondensatorów. Po pierwsze, nanorurki rosną na folii z tantalu, który jest standardowo wykorzystywany w kondensatorach. Ponadto "kwiaty" z tlenku manganu mają olbrzymią powierzchnię, która wynosi aż 236 metrów na gram. A od powierzchni właśnie zależy pojemność elektrod.
Specjaliści zauważają jednak, że chińska metoda ma pewną poważną wadę. W praktyce nie będzie jej można użyć w urządzeniach wymagających bardzo dużych baterii, takich jak samochody, gdyż nanorurki i folia z tantalu są bardzo drogie - stwierdza Yury Gogotsi z Drexler University. Podobnego zdania są inni uczeni, którzy doceniają osiągnięcie Chińczyków, jednak mówią o konieczności obniżenia kosztów.
Komentarze (60)
luk-san, 18 września 2008, 11:25
Naprawdę pełen podziw za te 236 metrów^2 na gram
thikim, 4 października 2008, 14:06
Ja zaś nie mogę się doczekać praktycznej realizacji tego pomysłu. Wdrożenia przemysłowego. To by uprościło wiele rzeczy. Za dużo czasu dziś potrzeba na ładowanie telefonu, laptopa. Przydałyby się też punkty np. na dworcach do takiego szybkiego doładowywania. To jest przyszłość
mikroos, 4 października 2008, 14:53
Otóz to. W wielu sytuacjach szybkie ładowanie byłoby wielokrotnie ważniejsze od zwiększenia pojemności akumulatorów.
waldi888231200, 4 października 2008, 18:26
Gdyby dwie krople wody , rozpylić na powierzchnię kuli ziemskiej to na każy cm2 przypadłoby 100 000 atomów , zatem ich wynik może być spokojnie poprawiony 1000 krotnie. 8)
mikroos, 4 października 2008, 18:28
Problem w tym, że taka kropla wody nie byłaby jednolitym ciałem, a do tego zajmowałaby gigantyczną powierzchnię.
thikim, 4 października 2008, 19:16
Nie do końca zrozumiałem Twoje uzasadnienie.
W kondensatorze dwie rzeczy określają wymiary. Pojemność i napięcie. Przy czym ilość energii =1/2 C U2(kwadrat). Nam zależy jak najbardziej na energii.
Uzyskanie większej pojemności osiągamy przez dużą powierzchnię elektrod i mały odstęp pomiędzy nimi.
Odstęp pomiędzy elektrodami stanowi izolator i jego grubość musi być wystarczająca aby wytrzymać napięcie do jakiego ma być ładowany kondensator.
Zatem aby uzyskać większą pojemność musimy wytworzyć elektrody o większej powierzchni. Nie możemy tego izolatora jednak robić coraz cieńszego bo nastąpi przebicie. Chyba że stosujemy nowy izolator o lepszych parametrach, wtedy możemy zastosować cieńszą warstwę.
Ten izolator musi być jednolity i równomiernie naniesiony na elektrody. Inaczej nastąpią przebicia w miejscu gdzie go będzie mniej.
Najprostszą metodą otrzymania kondensatora o dużej pojemności jest wytworzenie jednej elektrody, maksymalnie porowatej(duża powierzchnia) i pokrycie jej izolatorem(przeważnie tlenkiem metalu tej elektrody). Drugą elektrodą jest roztwór przewodzący prąd(elektrolit).
Jeśli chodzi o omawiany artykuł. Kondensatory tantalowe są znane od lat. Natomiast postęp polegał na zastosowaniu nanorurek co spowodowało znaczący wzrost powierzchni elektrody bez zwiększenia wielkości samego kondensatora. Być może po zastosowaniu odpowiednich warunków wzrostu nanorurek utworzone przez nie struktury będą miały większa powierzchnię. I powolny postęp jest tu możliwy. Nie należy jednak się spodziewać rewolucji w rodzaju poprawienia wyniku 1000 razy, ponieważ takie nano twory muszą zachować pewną grubość aby mogły pracować przy danym napięciu. I nie można ot tak ich sobie robić mniejszych.
k0mandos, 4 października 2008, 19:29
Waldi po prostu chciał się popisać historyjką o dwóch kroplach wody. Równie dobrze można by wałkować blachę, i wałkować i wałkować, i w końcu by była jednoatomowa warstwa - fajnie, nie?
mikroos, 4 października 2008, 20:07
Faaaajnie Ale waldi zawsze jest fajniejszy. Zawsze. Przykro mi.
;D
k0mandos, 4 października 2008, 21:18
Waldi jest cwaniak 8) Sposób jego postrzegania rzeczywistości bardzo często kojarzy mi się z takim oto mechanizmem:
http://patrz.pl/zdjecia/algebra-na-maxa
"Niemożliwego nic dla nas nie ma"
waldi888231200, 4 października 2008, 21:18
Chodziło mi o jeszcze większe zwiększenie powierzchni elektrod (jest możliwe spokojnie skoro nasze płuca mają prawie 100m2 powierzchni bez nanorurek) , zmniejszenie napięcia ładowania (pocienienie dielektryka) lub zupełnie nowy sposób kondensator zwijany jak rolka filmu (ładujemy wysokim potencjałem np: 1000 volt) nanocząstki napylone (nie połączone) na folię PP a następnie zwijamy , rozładowanie przez przewijanie na druga rolkę , tekie dwie rolki naładowane przeciwnymi ładunkami powinny dawać potworne pojemnosci i wysokie napiecia. 8)
mikroos, 4 października 2008, 21:26
A opracowane struktury mają 236 m^2 na gram masy. Wychodzi na to, że płuca są pod tym względem bardzo mało imponujące.
waldi888231200, 4 października 2008, 21:27
Plazma jest skalowalna, tak jak ten mały napisał (expand) a powinni mu napisać konwertuj do podstawowej postaci albo rozwiń.
k0mandos, 4 października 2008, 21:27
Ale struktura tych cząstek musi być bardzo precyzyjna, wydaje mi się, że "rozpylanie" cząstek (choć też nie wiem co dokładnie przez to rozumiesz) nie nadawałoby się do konstrukcji kondensatora.
Expand oznacza również rozwiń
thikim, 4 października 2008, 21:31
Przykro mi ale kondensatory zwijane jak rolka filmu stosuje się od lat 60 ubiegłego wieku tak z grubsza oceniając(miały małe pojemności ale wysokie napięcia pracy) Dziś już chyba trudno je spotkać, były w starych czarno-białych odbiornikach telewizyjnych.
Nasze płuca ważą chyba więcej niż 1 gram Ponadto ewolucja dbała o to aby miały dużą powierzchnię przez naprawdę długi okres czasu.
mikroos, 4 października 2008, 21:35
Mnie tylko troszkę ciekawi jedna sprawa. Przepraszam, jesli pytanie będzie bardzo naiwne, ale jestem zupełnym laikiem w tym temacie.
Pytanie brzmi: w jaki sposób zapewnić stopniowe rozładowywanie kondensatora? O ile wiem, ich charakterystyczną cechą jest zdolność do bardzo nagłych wyładowań. Jak zatem zapewnić, żeby kondensator rozładowywał się np. przez dwie godziny i zasilał przez ten czas laptopa? To jest temat do opracowania, czy istnieją już jakieś gotowe rozwiązania?
waldi888231200, 4 października 2008, 21:39
Naśladowanie przyrody to dobra i sprawdzona sprawa.
Wyobraź sobie chmurę (tryliony kropelek , górne naładowane _-_ a dolne _+_ teraz podziel tę chmurę środkiem dwoma deielektrykami ściśnij żeby każde kropelki przykleiły sie do swojej foli , a następnie zwiń każdą z osobna, jedna rolka będzie miała naddatek elektronów ,a druga rolka niedobór, ładunek odzyskujesz przez równoczesne rozwijanie (przewijanie ) rolek i ich rozładowanie). 8)
mikroos, 4 października 2008, 21:52
Ale stworzysz w ten sposób pojedynczą warstwę. Materiał opisywany w notce jest wielowarstwowy i ma złożoną strkturę wewnętrzną.
waldi888231200, 4 października 2008, 21:54
Kończyłem technikum elektroniczne jakiś czas temu i tego o czym napisałem nie widziałem , to czym piszę wygląda mniej wiecej tak.
O + O
\____O_____/ przewijana rolka 1
__________
/ O \ przewijana rolka 2
O - O
+,- , elektrody (rolki) ładująco- rozładowujące
Jeśli coś nie tak, to siły mechaniczne jakie tam mogą powstać.
k0mandos, 4 października 2008, 21:54
Czyli kondensator jednorazowego użytku? Tak czy siak zmieścisz w ten sposób mniej ładunku, niż na 216 metrach powierzchni w gramie struktury, która została opisana w artykule.
Mikroosie, co do rozładowania, można to zapewne zrobić przez odpowiednią konstrukcję układu drgającego. Trochę info na ten temat: http://www.elportal.pl/ea/elebier.html
mikroos, 4 października 2008, 21:58
Dzięki, k0mandosie.
waldi888231200, 4 października 2008, 21:58
Co ty mu pokazujesz 8) ta wiedza może go zabić (zacznie pisac mądre posty). 8)
mikroos, 4 października 2008, 22:11
Ja, w przeciwieństwie do ciebie, umiem przyznać się do niewiedzy zamiast wypisywać idiotyzmy, byle tylko coś napisać.
waldi888231200, 4 października 2008, 22:27
Nie musisz się przyznawać , to widać, słychać i czuć. 8)
mikroos, 4 października 2008, 22:32
To może rozejrzyj się na forum i pomyśl, ile razy tobie wypominano oczywistą niewiedzę. Mnie krytykujesz tylko ty, i to w oparciu o puste hasła, bez najmniejszych konkretów.