Yeni Hibrit Süper Kapasitör Hızlı Şarj ve Enerji Yoğunluğu Sunuyor

Queensland Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, lityum pillerden çok daha yüksek şarj/deşarj oranları sunan, normal bir süper kapasitöre göre çok daha fazla enerji depolayan hibrit bir süper kapasitör tasarımı geliştirdi.

Burada anlaşılması gereken temel kavramlar, bir cihazın ağırlık başına depolayabileceği toplam enerji miktarını ifade eden enerji yoğunluğu (Wh/kg) ve şarj olurken ve boşaltırken cihazın gücü içeri ve dışarı ne kadar hızlı hareket ettirebileceğine ilişkin güç yoğunluğudur (W/kg)

Lityum piller enerjiyi kimyasal bir biçimde depolar ve nispeten yüksek bir enerji yoğunluğu sundukları için yaygın olarak kullanılırlar, ancak bir akıllı telefona veya elektrikli arabaya sahip olan herkesin bildiği gibi, oldukça yavaş şarj olurlar. Öte yandan süper kapasitörler, enerjiyi kimyasal bir formdan ziyade statik olarak depolar, yani iç yapılarını bozmadan çok çok daha hızlı şarj edebilir ve deşarj edebilirler. Bu nedenle, çok yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptirler, ancak bu, enerji yoğunluklarının kimyasal pillerden çok çok daha düşük olması gerçeğiyle dengelenir.

Son zamanlarda, ikisi arasında bir yerde oturan bir dizi cihazı ele aldık: her iki ölçümde de ortaya doğru eğilen, normal bir süper kapasitörden çok daha fazla enerji depolayan ve neredeyse aynı hızda şarj eden hibrit süper kapasitörler. Arabanız veya telefon bataryanız bunlardan biriyle uzun süre dayanmaz, ancak o kadar hızlı şarj olur ki menzil sorun olmaktan çıkabilir.

Aralık ayında Advanced Materials’da yayınlanan yeni araştırmada QUT ekibi, kapasitör tarzı titanyum karbür bazlı negatif elektrot ve pil tipi grafen hibrit pozitif elektrot kullanan bir tasarımı açıklıyor. Ekip, sonucun güç yoğunluğuna (ve dolayısıyla şarj etme kapasitesine) “lityum pillerin yaklaşık 10 katı” ve “nikel metal hidrit pillere yakın” bir enerji yoğunluğuna sahip bir hibrit kapasitör olduğunu söylüyor.

Gerçek rakamlar, 73 Wh / kg’a kadar test edilmiş bir enerji yoğunluğu – dolayısıyla günümüzün son teknoloji EV pillerinin sunduğunun yaklaşık yüzde 28’i – ve lityum pillerin yaklaşık 250 sunduğu 1.600 W / kg’a kadar çok yüksek güç yoğunluğu. -340 W / kg. Diyelim ki Tesla Model S Plaid + ‘da böyle bir paket patlatıyorsunuz. 520 mil (837 km) menzil yerine, 145 mil (233 km) gibi daha fazlasını elde edersiniz, ancak altyapı izin verirse en az beş kat daha hızlı şarj edebilirsiniz. Ve evet, altyapı şu anda bir darboğaz. Süper yüksek hızlı şarj istasyonları, megawatt aralığına girecek ve sahada büyük enerji depolama kapasitesine sahip olmadıkları sürece enerji şebekesine aşırı bir baskı uygulayacak.

Aramızdaki daha çılgın hızlanma meraklıları, güç yoğunluğunun her iki yönde de çalıştığını, yani pil takımının gerçekten devasa güç çıkışlarına hiçbir engel oluşturmayacağını not etmekten memnuniyet duyacaktır. Bugünün Plaid + Tesla’sının 1.100’den fazla beygir gücü saçma bir şekilde ürettiği yerde, hibrit süperkap temelli bir eşdeğeri, motorlara beş kat daha fazla güç besleyebilen bir batarya paketine sahip olacaktı. Tamamen kullanışsız, ancak geçmişte performans otomobil tutkunlarını hiç durdurmadı.

QUT ekibi, bu hibrit süper kapakların test tezgahındaki lityum pillerden yaklaşık iki kat daha uzun süre dayandığını ve 10.000 tam şarj / deşarj döngüsünden sonra ilk depolama kapasitesinin yüzde 90’ını koruduğunu belirtmekten memnuniyet duyuyor.

Bu rakamlar, Kurt.Energy’nin Shenzen Toomen New Energy’den aldığı düşük yoğunluklu hibrit güç kapasitörlerinde bulduğu, Skeleton SuperBattery’nin vaat ettiği ve Çinli / İngiliz araştırmacıların geçen yıl tasarımlarında buldukları şeylerin ana sahasında yer alıyor. Bu nedenle, sudan hiçbir şey üflemiyormuş gibi görünse de ve herhangi bir acil ticarileştirme planı olmadan, bu haber bir bütün olarak hibrit süper kapasitör sektörüne daha da fazla akademik güvenilirlik katıyor.

Elektrikli otomobil akü paketleri mevcut teknolojiyle karşılaştırmak için kolay bir nokta olsa da, menzil kaygısının alıcılar için hala önemli bir sorun olduğu EV dünyasında hibrit süperkapların lityum pillerin yerini alması pek olası değil. Ancak Skeleton’un da işaret ettiği gibi, bu ara çözümlerin yerini bulacağı birçok başka uygulama var. Günümüzün lityumla çalışan EV’lerinde hala gerekli olan kurşun-asit pano ağ pillerinin yerini alabilirler. Endüstriyel ortamlarda hızlı yanıt veren güç yumuşatma ve azami yük yönetimi için mükemmel olacaklar.

Araştırma, hakemli Advanced Materials dergisinde ücretsiz erişim için mevcuttur.

Kaynak: https://newatlas.com/energy/qut-hybrid-supercapacitor/