Прорыв в хранении энергии: новые суперконденсаторы

Согласно новому исследованию Массачусетского технологического института (MIT), два наиболее распространенных материала в истории человечества, цемент и технический углерод (похожий на очень мелкий древесный уголь), могут стать основным сырьем для нового недорогого накопителя энергии. система.

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что эти два материала могут объединяться с водой для создания суперконденсаторов (заменителей батарей), которые могут хранить электрическую энергию. Говорят, что эта технология может поддерживать стабильность в энергетической сети, несмотря на колебания поставок возобновляемой энергии, тем самым способствуя использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и приливная энергия.
 

Например, исследователи утверждают, что их суперконденсаторы в конечном итоге могут быть интегрированы в бетонный фундамент дома, где они смогут хранить энергию в течение целого дня с очень небольшими (или вообще без) затратами и при этом обеспечивать структурную прочность, необходимую для дома. Исследователи также предполагают построить бетонную дорогу, которая сможет обеспечить бесконтактную зарядку электромобилей, движущихся по этой дороге.

Результаты последних исследований были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Конденсатор – это в принципе очень простое устройство, состоящее из двух токопроводящих пластин, погруженных в электролит и разделенных мембраной. При подаче напряжения на конденсатор положительно заряженные ионы из электролита накапливаются на отрицательно заряженной пластине, а положительно заряженные пластины накапливают отрицательно заряженные ионы.

Благодаря мембране между пластинами, препятствующей миграции заряженных ионов, такое разделение зарядов создает электрическое поле между пластинами, и конденсатор становится заряженным. Эти две платы могут поддерживать эту пару зарядов в течение длительного периода времени, а затем очень быстро обеспечивать их при необходимости. Суперконденсатор — это конденсатор, который может хранить чрезвычайно большое количество заряда.
Количество электричества, которое может хранить конденсатор, зависит от общей площади поверхности его проводящей пластины. Ключ к новому суперконденсатору, разработанному командой, лежит в методе производства материалов на основе цемента, которые имеют чрезвычайно большую внутреннюю поверхность из-за плотной и взаимосвязанной сети проводящих материалов внутри их объема.

В частности, исследователи достигли этой цели, поместив высокопроводящую углеродную сажу, цементный порошок и воду в бетонную смесь и позволив ей затвердеть. Когда вода вступает в реакцию с цементом, она естественным образом образует разветвленную сеть в структуре, и углерод мигрирует в эти пространства, образуя линейную структуру в затвердевшем цементе.

Эти структуры имеют раздвоенную структуру: более крупные ветви порождают более мелкие ветви и так далее, в конечном итоге образуя очень большую площадь поверхности в относительно небольшом диапазоне объема.
Затем погрузите этот материал в стандартный электролит, такой как хлорид калия (соль), который образует заряженные частицы, которые накапливаются на углеродной структуре. Исследователи обнаружили, что два электрода из этого материала разделены тонким пространством или изоляционным слоем, образуя очень мощный суперконденсатор.

Исследователи отмечают, что цемент и технический углерод — это два материала, история которых насчитывает не менее двух тысяч лет. «Когда вы объединяете их определенным образом, вы получаете проводящий нанокомпозитный материал, и тогда все становится по-настоящему интересно. Более того, необходимое содержание углерода очень мало, составляя всего 3 процента объема смеси, что может образовывать проницаемый углеродная сеть.
Исследователи говорят, что суперконденсаторы, изготовленные из этого материала, имеют большой потенциал в переходе мира на возобновляемые источники энергии. Основные источники энергии без выбросов, такие как энергия ветра, солнечная энергия и энергия приливов, производят свою продукцию в разное время, которое часто не соответствует пику потребления электроэнергии. Поэтому методы хранения электроэнергии имеют важное значение.

Спрос на крупномасштабные системы хранения энергии очень высок, а существующие батареи слишком дороги и в основном основаны на таких материалах, как литий. Поставки лития ограничены, поэтому существует острая потребность в более дешевых альтернативах. Вот здесь наша технология очень перспективна, потому что цемент есть везде», — сказали они.
Исследовательская группа подсчитала, что бетон размером 45 кубических метров, легированный наноуглеродной сажей (эквивалент куба диаметром примерно 3,5 метра), будет иметь достаточную емкость для хранения примерно 10-киловатт-часов энергии, что считается Среднесуточное потребление электроэнергии домохозяйством. Благодаря способности бетона сохранять свою прочность, дома, построенные из этого материала, могут в течение суток хранить энергию, вырабатываемую солнечными батареями или ветряными мельницами, и использовать ее при необходимости. Более того, скорость зарядки и разрядки суперконденсаторов намного выше, чем у аккумуляторов.
Исследователи также говорят, что первоначальное использование этой технологии может осуществляться в изолированных домах, зданиях или убежищах вдали от электросети, которые могут питаться от солнечных батарей, подключенных к цементным суперконденсаторам.
Они сказали, что система очень масштабируема, поскольку емкость накопления энергии напрямую зависит от объема электрода. Вы можете превратить электрод толщиной 1 мм в электрод толщиной 1 м, и тем самым вы можете существенно расширить свою емкость хранения энергии: от включения светодиода на несколько секунд до подачи электроэнергии на весь дом.

Наша компания специализируется на высококачественных медных торцевых крышках, контактах с предохранителями, шинах пленочных конденсаторов электромобилей (ЭЛЕКТРОМОБИЛИ), шинах фотоэлектрических инверторов (СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ), ламинированных шинах, алюминиевых корпусах для батарей новой энергии, меди/латуни/алюминии/нержавеющей стали. Штамповочные детали и другие электротехнические изделия. Штамповка и сварка металлов в сборе более 18 лет в Китае. Мы начинали как небольшое предприятие, но теперь стали одним из ведущих поставщиков электромобилей и фотоэлектрических систем в Китае.

Если у вас есть какие-либо потребности, пожалуйста, свяжитесь с нами, и мы ответим как можно скорее!