Energia é uma área extremamente interessante que tem se desenvolvido em um ritmo rápido por muitos anos consecutivos. Habré publica uma variedade de artigos sobre fontes alternativas de energia, baterias da Mask, veículos elétricos, etc.
Mas há um tópico que não é tocado com muita frequência. Esses são supercondensadores. Este artigo é dedicado a eles, ele revela a essência do supercapacitor, o escopo, além de descrever casos de diferentes indústrias - indústria, transporte, etc., onde esses sistemas são usados.
Supercapacitor, o que é você?
Todos nós sabemos o que é uma bateria - é uma fonte de energia constante, limitada pela corrente de descarga. As baterias podem ser grandes ou pequenas e são amplamente utilizadas - de veículos a brinquedos.
Mas este artigo é sobre supercondensadores, então é hora de falar sobre eles. Portanto, qualquer supercapacitor é uma fonte não constante, mas de força de impulso. É limitado apenas pela resistência interna equivalente, que permite ao elemento operar, de fato, em correntes de curto-circuito.
Mas, ao mesmo tempo, ao contrário de uma bateria, é uma fonte de pulsos de energia de curto prazo, embora poderosos. Consequentemente, os supercapacitores são usados sempre que uma alta potência é necessária por um curto período de tempo.
Supercapacitores também são chamados de supercapacitores. Essas células geralmente consistem em dois eletrodos imersos no eletrólito e um separador. Este último é necessário para evitar o movimento de carga entre dois eletrodos com polaridade oposta.
Os supercapacitores têm duas propriedades positivas - alta potência e baixa resistência interna, o que os torna diferentes dos capacitores e baterias de armazenamento. O material de eletrodo mais comum para supercondensadores é o carbono ativo, que possui duas características importantes, incluindo uma área de superfície muito grande e uma pequena separação entre as cargas.
Outro ponto positivo é a longa vida útil e longa vida útil dos supercondensadores. Tudo isso devido às peculiaridades do armazenamento de energia. Portanto, os supercondensadores funcionam separando as cargas. Este processo é facilmente reversível, então os supercapacitores podem liberar energia muito rapidamente.
Agora um pouco sobre a definição das características dos supercondensadores. Ao contrário das baterias, onde a principal característica é a capacidade, medida em Amperes-hora, para os supercapacitores este é o Farad. Aqui está a fórmula que permite determinar a energia de um supercapacitor:
Energia (J) = 1/2 * Capacitância (F) * Tensão ao quadrado (V)
Existem vários tipos de supercapacitores:
• Camada dupla, ou DSC.
• Pseudo-capacitores.
• Capacitores híbridos.
No primeiro caso, o sistema consiste em dois eletrodos porosos separados por um separador preenchido com eletrólito. O fornecimento de energia vem da separação da carga nos eletrodos com uma diferença de potencial muito grande.
No segundo, o sistema inclui dois eletrodos sólidos e é baseado em dois mecanismos de conservação de energia. Estes são processos de Faraday e interação eletrostática.
A terceira opção é de transição entre capacitores e baterias. Os eletrodos aqui são feitos de diferentes materiais, e o acúmulo de carga é realizado graças a diferentes mecanismos.
Onde os supercondensadores podem ser usados?
Uma resposta bastante lógica - em setores onde você precisa fornecer energia rapidamente e em grandes quantidades. Em particular, pode ser:
• Energia alternativa, armazenamento de energia usando combustível, vento e ondas do sol.
• Sistemas de transporte - pode ser a partida do motor de carros, veículos elétricos híbridos, locomotivas, etc.
• Armazenamento de energia em residências - por exemplo, onde células solares ou turbinas eólicas são usadas.
• Dispositivos eletrônicos onde supercapacitores são usados como fonte de alimentação de curto prazo.
• UPS - pequenos e muito grandes. Em sistemas de alimentação ininterrupta, os supercapacitores podem ser usados em conjunto com células de combustível e outras fontes.
• Engenharia de energia tradicional, em áreas onde cargas críticas são inevitáveis, mas onde a operação ininterrupta de tudo e de todos é necessária. Podem ser aeroportos, torres de comunicação, hospitais, etc.
• Dispositivos eletrônicos de vários tamanhos e capacidades.
Com relação à energia eólica e solar, os supercapacitores devem ser usados aqui para implantar sistemas de armazenamento de energia híbrida, que incluem um dispositivo de armazenamento de íons de lítio e um dispositivo de armazenamento baseado em supercapacitores.
Exemplos de
Muitos deles podem ser citados, mas seria razoável nos limitarmos aos três mais reveladores.
Acionamento elétrico controlado por frequência. Aqui, supercondensadores são necessários em caso de quedas de tensão e blecaute de curto prazo, não mais do que 10 segundos. Esses drives são usados em áreas de ciclo tecnológico contínuo em instalações de produção. Além disso, os supercondensadores devem ser usados em uma empresa e em sistemas que fornecem a um objeto gás, água, calor e energia, etc. em estações de compressão, em salas de caldeiras, estações de bombeamento, etc.
Unidade de alimentação ininterrupta.Neste caso, os supercondensadores permitem compensar quedas de tensão que acarretam problemas de continuidade dos processos tecnológicos. Aqui, estamos falando de objetos grandes, incluindo a indústria e vários tipos de infraestrutura - por exemplo, transporte.
Os supercondensadores, em particular, são usados na fábrica da Skoda na República Tcheca, ou seja, em uma oficina robótica para pintura de carrocerias de automóveis. Se o processo de coloração parar por algum motivo, o corpo terá que voltar ao início do ciclo.
Regulação da potência de saída de turbinas eólicas.Um grande problema com a energia alternativa é a dificuldade de manter a potência da turbina no mesmo nível. Quanto maior a velocidade do vento e mais poderoso o próprio vento, mais energia é gerada. Quanto menor, respectivamente, menos energia. Como resultado, a produção de energia das turbinas pode variar, e muito significativamente.
Nesse caso, um supercapacitor pode ajudar, e de várias maneiras ao mesmo tempo:
• Manter a fonte de alimentação no mesmo nível durante uma falha de tensão de curto prazo.
• Assegurar a estabilização de frequência e tensão nas redes de transmissão e distribuição com elevada concentração de energias renováveis.
Os supercondensadores são produzidos na Rússia?
Sim, no Habré há alguns anos publicou-se a notícia de que a NUST MISis tinha desenvolvido uma tecnologia que abriu caminho para uma empresa nacional lançar a produção de supercapacitores.
Assim, em 2017, o TEEMP lançou a produção de supercapacitores de alta eficiência e módulos baseados neles em Khimki. Além disso, todos esses desenvolvimentos são puramente russos. O TEEMP, aliás, produz células simples planas em caixa laminada, que podem ser utilizadas em fontes de corrente química com eletrólitos orgânicos: supercapacitores, baterias de íon-lítio, fontes de corrente metal-ar.
Ao mesmo tempo, TEEMP produz células com seu próprio design patenteado - uma célula prismática com uma coleção atual em toda a sua superfície. E isso não foi feito para mostrar sua singularidade, mas puramente do ponto de vista prático - a captação de corrente distribuída por toda a superfície garante uniformidade dos campos térmicos, retardando o processo de degradação e prolongando a vida útil do supercapacitor.
Os produtos TEEMP são únicos em muitos aspectos. Os módulos do supercapacitor da empresa operam com sucesso em temperaturas de até -60 ° C. Eles se distinguem pela baixa resistência interna, o que significa que são capazes de fornecer grandes correntes de impulso. O design proprietário de células e módulos permite reduzir o peso e o tamanho do conjunto do supercapacitor em 30% em comparação com dispositivos semelhantes.
No resíduo seco
Como conclusão, podemos resumir, indicando as vantagens e desvantagens dos supercondensadores. Alguns deles foram mencionados acima, mas por enquanto vale a pena listá-los todos separadamente.
Assim, as vantagens:
• Custo relativamente baixo do dispositivo de armazenamento de energia por 1 Farad.
• Densidade de potência extremamente alta.
• Alta eficiência do ciclo, que chega a 95% e mais.
• Confiabilidade, longa vida útil.
• Ampla faixa de temperatura de operação.
• Um grande número de ciclos com parâmetros inalterados.
• Alta velocidade de carga e descarga.
• Permissibilidade de descarga a zero.
• Peso relativamente leve.
Desvantagens:
• Densidade de energia relativamente baixa.
• Alto grau de autodescarga. Baixa tensão por elemento de unidade.
Existem ainda mais vantagens do que desvantagens e, graças a isso, a tecnologia está sendo ativamente implementada em um número cada vez maior de indústrias. Agora, a capacidade específica dos supercondensadores está aumentando, enquanto o tempo de carregamento, ao contrário, está diminuindo. Quando certo limite for atingido, será possível falar em substituição completa de baterias por supercapacitores em algumas áreas, o que, em geral, já está acontecendo.