L'énergie est un domaine extrêmement intéressant qui se développe à un rythme rapide depuis de nombreuses années consécutives. Habré publie une variété d'articles sur les énergies alternatives, les batteries de Mask, les véhicules électriques, etc.
Mais il y a un sujet qui n'est pas abordé très souvent. Ce sont des supercondensateurs. Cet article leur est dédié, il révèle l'essence du supercondensateur, la portée, et décrit des cas de différentes industries - industrie, transport, etc., où ces systèmes sont utilisés.
Supercondensateur, qu'est-ce que tu es?
Nous savons tous ce qu'est une batterie - c'est une source d'énergie constante, limitée par le courant de décharge. Les batteries peuvent être grandes ou petites et elles sont largement utilisées - des véhicules aux jouets.
Mais cet article concerne les supercondensateurs, il est donc temps d'en parler. Ainsi, tout supercondensateur est une source de puissance non constante, mais impulsionnelle. Elle n'est limitée que par la résistance interne équivalente, ce qui permet à l'élément de fonctionner, en fait, sur des courants de court-circuit.
Mais en même temps, contrairement à une batterie, c'est une source d'impulsions d'énergie à court terme, quoique puissantes. En conséquence, les supercondensateurs sont utilisés partout où une puissance élevée est nécessaire pendant une courte période de temps.
Les supercondensateurs sont également appelés supercondensateurs. Ces cellules sont généralement constituées de deux électrodes immergées dans l'électrolyte et d'un séparateur. Ce dernier est nécessaire pour empêcher le mouvement de charge entre deux électrodes de polarité opposée.
Les supercondensateurs ont deux propriétés positives: une puissance élevée et une faible résistance interne, ce qui les différencie des condensateurs et des batteries de stockage. Le matériau d'électrode le plus courant pour les supercondensateurs est le charbon actif, qui présente deux caractéristiques importantes, notamment une très grande surface et une petite séparation entre les charges.
Un autre point positif est la longue durée de vie et la longue durée de vie des supercondensateurs. Tout cela est dû aux particularités du stockage d'énergie. Ainsi, les supercondensateurs fonctionnent en séparant les charges. Ce processus est facilement réversible, de sorte que les supercondensateurs peuvent libérer de l'énergie très rapidement.
Maintenant un peu sur la définition des caractéristiques des supercondensateurs. Contrairement aux batteries, où la caractéristique principale est la capacité, mesurée en ampères-heures, pour les supercondensateurs, il s'agit de Farad. Voici la formule qui permet de déterminer l'énergie d'un supercondensateur:
Énergie (J) = 1/2 * Capacité (F) * Tension au carré (V)
Il existe plusieurs types de supercondensateurs:
• Double couche, ou DSC.
• Pseudo-condensateurs.
• Condensateurs hybrides.
Dans le premier cas, le système est constitué de deux électrodes poreuses séparées par un séparateur rempli d'électrolyte. L'apport d'énergie provient de la séparation de la charge sur les électrodes avec une très grande différence de potentiel.
Dans le second, le système comprend deux électrodes solides et repose sur deux mécanismes de conservation de l'énergie. Ce sont les processus de Faraday et l'interaction électrostatique.
La troisième option est une option de transition entre les condensateurs et les batteries. Les électrodes ici sont constituées de différents matériaux, et l'accumulation de charge s'effectue grâce à différents mécanismes.
Où les supercondensateurs peuvent-ils être utilisés?
Une réponse tout à fait logique - dans les industries où vous devez fournir de l'énergie rapidement et en grande quantité. En particulier, il peut s'agir:
• d'énergies alternatives, de stockage d'énergie utilisant du carburant, du vent et des ondes solaires.
• Systèmes de transport - cela peut être le démarrage du moteur de voitures, de véhicules électriques hybrides, de locomotives, etc.
• Stockage d'énergie dans les ménages - par exemple, là où des cellules solaires ou des éoliennes sont utilisées.
• Appareils électroniques où les supercondensateurs sont utilisés comme source d'alimentation électrique à court terme.
• UPS - à la fois petit et très grand. Dans les systèmes d'alimentation sans coupure, les supercondensateurs peuvent être utilisés conjointement avec des piles à combustible et d'autres sources.
• Ingénierie électrique traditionnelle, dans les zones où les charges critiques sont inévitables, mais où le fonctionnement ininterrompu de tout et de tout le monde est nécessaire. Il peut s'agir d'aéroports, de tours de communication, d'hôpitaux, etc.
• Appareils électroniques de différentes tailles et capacités.
En ce qui concerne l'énergie éolienne et l'énergie solaire, les supercondensateurs devraient ici être utilisés pour déployer des systèmes de stockage d'énergie hybrides, qui comprennent à la fois un dispositif de stockage Li-Ion et un dispositif de stockage basé sur des supercondensateurs.
Exemples de
Un grand nombre d'entre eux peuvent être cités, mais il serait raisonnable de se limiter aux trois plus révélateurs.
Entraînement électrique à fréquence contrôlée. Ici, des supercondensateurs sont nécessaires en cas de creux de tension et de panne de courant à court terme, pas plus de 10 secondes. Ces entraînements sont utilisés dans les zones de cycle technologique continu des installations de production. De plus, les supercondensateurs doivent être utilisés dans une entreprise et dans des systèmes qui fournissent à un objet du gaz, de l'eau, de la chaleur et de l'énergie, etc. dans les stations de compression, dans les chaufferies, les stations de pompage, etc.
Bloc d'alimentation sans interruption.Dans ce cas, les supercondensateurs permettent de compenser les creux de tension qui conduisent à des problèmes de continuité des processus technologiques. Ici, nous parlons de grands objets, y compris de l'industrie et de divers types d'infrastructures - par exemple, les transports.
Les supercondensateurs, en particulier, sont utilisés dans l'usine Skoda en République tchèque, à savoir dans un atelier robotique de peinture de carrosseries. Si le processus de coloration s'arrête pour une raison quelconque, le corps devra être renvoyé au début du cycle.
Régulation de la puissance des éoliennes.Un gros problème avec l'énergie alternative est la difficulté de maintenir la puissance de sortie de la turbine au même niveau. Plus la vitesse du vent est élevée et plus le vent lui-même est puissant, plus l'énergie est générée. Le plus faible, respectivement, le moins d'énergie. En conséquence, la puissance de sortie des turbines peut varier, et de manière très significative.
Dans ce cas, un supercondensateur peut aider, et ce de plusieurs manières à la fois:
• Maintenir l'alimentation électrique au même niveau lors d'une coupure de tension de courte durée.
• Assurer la stabilisation de la fréquence et de la tension dans les réseaux de transport et de distribution à forte concentration de sources d'énergie renouvelables.
Les supercondensateurs sont-ils produits en Russie?
Oui, sur Habré il y a quelques années, la nouvelle a été publiée que NUST MISis avait développé une technologie qui a ouvert la voie à une entreprise nationale pour lancer la production de supercondensateurs.
Ainsi, en 2017, TEEMP a lancé la production de supercondensateurs hautement efficaces et de modules basés sur eux à Khimki. De plus, tous ces développements sont purement russes. TEEMP, en passant, produit des cellules simples plates dans un boîtier laminé, qui peuvent être utilisées dans des sources de courant chimique avec des électrolytes organiques: supercondensateurs, batteries lithium-ion, sources de courant métal-air.
Dans le même temps, TEEMP produit des cellules de sa propre conception brevetée - une cellule prismatique avec une collection actuelle sur toute sa surface. Et cela n'a pas été fait pour montrer son caractère unique, mais uniquement d'un point de vue pratique - la collection de courant répartie sur toute la surface assure l'uniformité des champs thermiques, ralentissant ainsi le processus de dégradation et prolongeant la durée de vie du supercondensateur.
Les produits TEEMP sont uniques à bien des égards. Les modules de supercondensateurs de la société fonctionnent avec succès à des températures allant jusqu'à -60 ° C. Ils se distinguent par une faible résistance interne, ce qui signifie qu'ils sont capables de fournir des courants d'impulsion importants. La conception exclusive des cellules et des modules permet de réduire le poids et la taille de l'ensemble supercondensateur de 30% par rapport à des appareils similaires.
Dans le résidu sec
En conclusion, nous pouvons résumer, en indiquant les avantages et les inconvénients des supercondensateurs. Certains d'entre eux ont été mentionnés ci-dessus, mais pour l'instant, il vaut la peine de les énumérer tous séparément.
Donc, les avantages:
• Coût relativement bas du dispositif de stockage d'énergie par 1 Farad.
• Densité de puissance extrêmement élevée.
• Haute efficacité du cycle, qui atteint 95% et plus.
• Fiabilité, longue durée de vie.
• Large plage de températures de fonctionnement.
• Un grand nombre de cycles avec des paramètres inchangés.
• Grande vitesse de charge et de décharge.
• Permission de rejet à zéro.
• Poids relativement léger.
Inconvénients:
• Densité énergétique relativement faible.
• Haut degré d'auto-décharge. Basse tension par élément unitaire.
Il y a encore plus d'avantages que d'inconvénients, et grâce à cela, la technologie est activement mise en œuvre dans un nombre croissant d'industries. Maintenant, la capacité spécifique des supercondensateurs augmente, tandis que le temps de charge, au contraire, diminue. Lorsqu'une certaine limite est atteinte, il sera possible de parler d'un remplacement complet des batteries par des supercondensateurs dans certaines régions, ce qui, en général, se produit déjà.