Реферат для аспирантуры на тему Суперконденсаторы

Содержание:

Введение 2
1. Суперконденсаторы, ультраконденсаторы — история создания и развития технологии 4
2. Типы и виды суперконденсаторов 6
3. Использование наноструктур CuO на медной фольге для суперконденсаторов 9
3.1 Постановка эксперимента 11
3.2 Подготовка электродов и электрохимические измерения 13
3.3 Полученные результаты 13
4. Гексацианоферрат меди в качестве катода на электроде для суперконденсатора 19
5. Суперконденсаторы с использованием активированного угольного отрицательного электрода…………………………………………………………23
Заключение 25
Список использованных источников 26

Введение:

Супер — или ультраконденсаторы, они же носят название высокоёмких конденсаторов, способны к накоплению электростатическим путем, при поляризации раствора электролита. Энергия накапливается в суперконденсаторе независимо от химических реакций, но при этом суперконденсатор имеет электрохимическую природу. Они обладают уникальной способностью заряжаться и разряжаться многочисленное количество раз за счет того, что имеют высокую обратимость механизмов энергонакопления. Суперконденсатор является электрохимическим конденсатором, который способен аккумулировать в себе большой запас энергии, при его незначительных размерах, что нельзя сказать о традиционных конденсаторах. Наличие такого свойства у суперконденсатора будет интересно специалистам в области автомобилестроения, в случае производства гибридного транспортного средства, либо при производстве транспортных средств имеющих аккумуляторную электротягу, выступая в последнем как дополнительный накопитель энергии.
Среди свойств следует отметить:
Самую высокую плотность емкости
Самую низкую стоимость в расчете на 1 фараду
Надежный, длительный срок службы
Высокий КПД цикла (95% и выше)
Бесперебойную эксплуатацию
Экологическую безопасность
Широкий диапазон рабочих температур
Высокую удельную мощность и достаточно высокую удельную энергию
Очень высокую скорость заряда/разряда
Большое количество (тысячи) циклов с незначительным ухудшением параметров
Хорошую обратимость механизма накопления энергии
Сниженную токсичность используемых материалов
Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС)
Целью данной реферативной работы является изучение типов и свойств суперконденсаторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Рассмотреть историю создания суперконденсаторов.
2. Изучить основные типы и виды суперконденсаторов
3. Охарактеризовать медные гексацианоферратные электроды и высокоэффективные гибкие асимметричные суперконденсаторы на основе угольных электродов.

Заключение:

В последнем случае суперконденсатор выполняет функцию источника питания при падении напряжения на аккумуляторе. Обусловлено это тем, что батареи обладают высокой плотностью энергии и малой плотностью мощности, в то время как суперконденсаторы, наоборот, характеризуются малой плотностью энергии, но высокой плотностью мощности, т.е. они обеспечивают ток разрядки на нагрузку. Включив суперконденсатор параллельно батарее, можно ее использовать более эффективно, следовательно, продлить срок службы.
В автомобильных электронных системах их используют для запуска моторов, тем самым сокращая нагрузку на аккумулятор. Также они позволяют уменьшить массу, сократив монтажные схемы. Широкое применение они находят в гибридных авто, где генератором управляет ДВС, а электрический мотор (или моторы) приводят автомобиль в движение, т.е. суперконденсатор (энергетический кэш) используется в качестве источника тока при ускорении и начале движения, а во время торможения происходит его «подзарядка». Перспективно применение их не только в легковом, но и в городском транспорте, поскольку новый вид конденсаторов позволяет на 50% сократить потребление топлива и на 90% сократить выброс вредных газов в окружающее пространство.
Заменить полностью батарею суперконденсаторы пока не могу, но это только вопрос времени. Использовать суперконденсатор вместо аккумулятора – вовсе не фантастика. Улучшить же благодаря большому крутящему моменту (пусковому) стартовые характеристики при низких температурах и расширить возможности системы питания, им под силу уже сейчас. Целесообразность их использования в системе питания объясняется тем, что время их зарядки/разрядки равно 5-60 секунд. Помимо этого использовать их можно системе распределительной некоторых приборов машины: соленоидов, систем регулировки дверных замков и положения оконных стекол.

Фрагмент текста работы:

1. Суперконденсаторы, ультраконденсаторы — история создания и развития технологии

7 июня 1962 года, Роберт Райтмаер, химик американской компании Standard Oil Company (SOHIO), располагавшейся в городе Кливленд, штата Огайо, подал заявку на получение патента, где подробно описывался механизм сохранения электрической энергии в конденсаторе, обладающем «двойным электрическим слоем». Если в обычном конденсаторе алюминиевые обкладки, традиционно, были изолированы слоем диэлектрика, то в предлагаемом изобретателем варианте акцент делался непосредственно на материал обкладок. Электроды должны были иметь различную проводимость: один электрод должен был обладать ионной проводимостью, а другой – электронной [2].
Следовательно, когда конденсатор бы заряжался, электроны и положительные центры в составе электронного проводника начали разделяться, как и разделение на катионы, и анионы в ионном проводнике. Было предложено для электронного проводника в качестве материала использовать пористый углерод, соответственно в качестве ионного проводника может быть использована серная кислота в растворе. Поэтому произошло бы сохранение заряда в пограничной зоне этих особых проводников (наличие так называемого двойного слоя). Первые ионисторы имели разность потенциалов в пределах 1 вольт, при емкости – единиц фарад, поскольку внутри обкладок был промежуток равный около 5 нанометрам.
В 1971 году лицензия была передана японской компании NEC, занимающейся к тому моменту всеми направлениями электронной коммуникации. Японцам удалось успешно продвинуть технологию на рынок электроники под названием «Суперконденсатор».
Через 7 лет (1978) компанией Panasonic был выпущен «Золотой конденсатор» («Gold Cap»), который занял свою нишу в данном рыночном сегменте. Свою распространённость и популярность он заслужил благодаря удобному применению ионисторов при осуществлении питания энергозависимой памяти SRAM. Однако эти ионисторы обладали высоким внутренним сопротивлением, которое ограничивало возможность быстрого извлечения энергии, а значит, сильно сужала диапазон сфер применения.

7 июня 1962 года, Роберт Райтмаер, химик американской компании Standard Oil Company (SOHIO), располагавшейся в городе Кливленд, штата Огайо, подал заявку на получение патента, где подробно описывался механизм сохранения электрической энергии в конденсаторе, обладающем «двойным электрическим слоем». Если в обычном конденсаторе алюминиевые обкладки, традиционно, были изолированы слоем диэлектрика, то в предлагаемом изобретателем варианте акцент делался непосредственно на материал обкладок. Электроды должны были иметь различную проводимость: один электрод должен был обладать ионной проводимостью, а другой – электронной [2].
Следовательно, когда конденсатор бы заряжался, электроны и положительные центры в составе электронного проводника начали разделяться, как и разделение на катионы, и анионы в ионном проводнике. Было предложено для электронного проводника в качестве материала использовать пористый углерод, соответственно в качестве ионного проводника может быть использована серная кислота в растворе. Поэтому произошло бы сохранение заряда в пограничной зоне этих особых проводников (наличие так называемого двойного слоя). Первые ионисторы имели разность потенциалов в пределах 1 вольт, при емкости – единиц фарад, поскольку внутри обкладок был промежуток равный около 5 нанометрам.
В 1971 году лицензия была передана японской компании NEC, занимающейся к тому моменту всеми направлениями электронной коммуникации. Японцам удалось успешно продвинуть технологию на рынок электроники под названием «Суперконденсатор».
Через 7 лет (1978) компанией Panasonic был выпущен «Золотой конденсатор» («Gold Cap»), который занял свою нишу в данном рыночном сегменте. Свою распространённость и популярность он заслужил благодаря удобному применению ионисторов при осуществлении питания энергозависимой памяти SRAM. Однако эти ионисторы обладали высоким внутренним сопротивлением, которое ограничивало возможность быстрого извлечения энергии, а значит, сильно сужала диапазон сфер применения.