La energía es un área extremadamente interesante que se ha estado desarrollando a un ritmo rápido durante muchos años seguidos. Habré publica diversos artículos sobre fuentes de energía alternativas, baterías de Mask, vehículos eléctricos, etc.
Pero hay un tema que no se aborda con mucha frecuencia. Estos son supercondensadores. Este artículo está dedicado a ellos, revela la esencia del supercondensador, el alcance, además describe casos de diferentes industrias: industria, transporte, etc., donde se utilizan estos sistemas.
Supercondensador, ¿qué eres?
Todos sabemos qué es una batería: es una fuente de energía constante, limitada por la corriente de descarga. Las baterías pueden ser grandes o pequeñas y se utilizan mucho, desde vehículos hasta juguetes.
Pero este artículo trata sobre supercondensadores, por lo que es hora de hablar sobre ellos. Entonces, cualquier supercondensador es una fuente de poder no constante, sino impulsivo. Está limitado solo por la resistencia interna equivalente, que permite que el elemento funcione, de hecho, con corrientes de cortocircuito.
Pero al mismo tiempo, a diferencia de una batería, es una fuente de pulsos de energía a corto plazo, aunque poderosos. En consecuencia, los supercondensadores se utilizan donde se necesita alta potencia durante un corto período de tiempo.
Los supercondensadores también se denominan supercondensadores. Estas celdas generalmente constan de dos electrodos sumergidos en el electrolito y un separador. Este último es necesario para evitar el movimiento de carga entre dos electrodos con polaridad opuesta.
Los supercondensadores tienen dos propiedades positivas: alta potencia y baja resistencia interna, lo que los hace diferentes de los condensadores y las baterías de almacenamiento. El material de electrodo más común para supercondensadores es el carbón activo, que tiene dos características importantes, incluida una superficie muy grande y una pequeña separación entre cargas.
Otro punto positivo es la larga vida útil y la larga vida útil de los supercondensadores. Todo esto se debe a las peculiaridades del almacenamiento de energía. Entonces, los supercondensadores funcionan separando cargas. Este proceso es fácilmente reversible, por lo que los supercondensadores pueden liberar energía muy rápidamente.
Ahora un poco sobre la definición de las características de los supercondensadores. A diferencia de las baterías, donde la característica principal es la capacidad, medida en amperios-hora, para los supercondensadores es Farad. Aquí está la fórmula que le permite determinar la energía de un supercondensador:
Energía (J) = 1/2 * Capacitancia (F) * Voltaje al cuadrado (V)
Hay varios tipos de supercondensadores:
• Doble capa o DSC.
• Pseudocondensadores.
• Condensadores híbridos.
En el primer caso, el sistema consta de dos electrodos porosos separados por un separador lleno de electrolito. El suministro de energía proviene de la separación de la carga en los electrodos con una diferencia de potencial muy grande.
En el segundo, el sistema incluye dos electrodos sólidos y se basa en dos mecanismos de conservación de energía. Estos son los procesos de Faraday y la interacción electrostática.
La tercera opción es de transición entre condensadores y baterías. Los electrodos aquí están hechos de diferentes materiales, y la acumulación de carga se realiza gracias a diferentes mecanismos.
¿Dónde se pueden utilizar los supercondensadores?
Una respuesta bastante lógica: en industrias en las que necesita suministrar energía rápidamente y en grandes cantidades. En particular, puede ser:
• Energía alternativa, almacenamiento de energía mediante combustible, viento y olas solares.
• Sistemas de transporte: puede ser el arranque de motores de automóviles, vehículos eléctricos híbridos, locomotoras, etc.
• Almacenamiento de energía en los hogares, por ejemplo, donde se utilizan células solares o turbinas eólicas.
• Dispositivos electrónicos donde se utilizan supercondensadores como fuente de alimentación a corto plazo.
• UPS: tanto pequeños como muy grandes. En los sistemas de suministro de energía ininterrumpida, los supercondensadores se pueden usar junto con celdas de combustible y otras fuentes.
• Ingeniería eléctrica tradicional, en áreas donde las cargas críticas son inevitables, pero donde se requiere el funcionamiento ininterrumpido de todo y de todos. Estos pueden ser aeropuertos, torres de comunicación, hospitales, etc.
• Dispositivos electrónicos de varios tamaños y capacidades.
Con respecto a la energía eólica y solar, los supercondensadores deberían usarse aquí para implementar sistemas de almacenamiento de energía híbridos, que incluyen tanto un dispositivo de almacenamiento de iones de litio como un dispositivo de almacenamiento basado en supercondensadores.
Ejemplos de
Se pueden citar un gran número de ellos, pero sería razonable limitarnos a los tres más reveladores.
Accionamiento eléctrico controlado por frecuencia. Aquí se necesitan supercondensadores en caso de caídas de voltaje y apagones a corto plazo, no más de 10 segundos. Dichos accionamientos se utilizan en áreas de ciclo tecnológico continuo en instalaciones de producción. Además, los supercondensadores deben usarse en una empresa y en sistemas que suministran gas, agua, calor y energía a un objeto, etc. en estaciones de compresores, en salas de calderas, estaciones de bombeo, etc.
Unidad de alimentación ininterrumpida.En este caso, los supercondensadores permiten compensar las caídas de tensión que provocan problemas con la continuidad de los procesos tecnológicos. Aquí estamos hablando de objetos grandes, incluida la industria y varios tipos de infraestructura, por ejemplo, el transporte.
Los supercondensadores, en particular, se utilizan en la planta de Skoda en la República Checa, es decir, en un taller robótico para pintar carrocerías. Si el proceso de tinción se detiene por cualquier motivo, entonces el cuerpo deberá regresar al comienzo del ciclo.
Regulación de la potencia de salida de aerogeneradores.Un gran problema con las energías alternativas es la dificultad de mantener la potencia de salida de la turbina al mismo nivel. Cuanto mayor sea la velocidad del viento y más potente sea el viento mismo, más energía se generará. Cuanto más bajo, respectivamente, menos energía. Como resultado, la potencia de salida de las turbinas puede variar y de manera muy significativa.
En este caso, un supercondensador puede ayudar, y de varias maneras a la vez:
• Mantener la fuente de alimentación al mismo nivel durante una falla de voltaje a corto plazo.
• Asegurar la estabilización de frecuencia y voltaje en redes de transmisión y distribución con alta concentración de fuentes de energía renovables.
¿Se producen supercondensadores en Rusia?
Sí, en Habré hace unos años se publicó la noticia de que NUST MISis había desarrollado una tecnología que abrió el camino para que una empresa nacional lanzara la producción de supercondensadores.
Entonces, en 2017, TEEMP lanzó la producción de supercondensadores y módulos altamente eficientes basados en ellos en Khimki. Además, todos estos son desarrollos puramente rusos. TEEMP, por cierto, produce celdas individuales planas en una caja laminada, que se pueden usar en fuentes de corriente química con electrolitos orgánicos: supercondensadores, baterías de iones de litio, fuentes de corriente de metal-aire.
Al mismo tiempo, TEEMP produce celdas de su propio diseño patentado: una celda prismática con una colección de corriente en toda su superficie. Y esto no se hizo para mostrar su singularidad, sino puramente desde un punto de vista práctico: la colección actual distribuida por toda la superficie garantiza la uniformidad de los campos térmicos, lo que ralentiza el proceso de degradación y prolonga la vida útil del supercondensador.
Los productos TEEMP son únicos en muchos sentidos. Los módulos de supercondensadores de la empresa funcionan con éxito a temperaturas de hasta -60 ° C. Se distinguen por una baja resistencia interna, lo que significa que pueden proporcionar grandes corrientes de impulso. El diseño patentado de celdas y módulos permite reducir el peso y el tamaño del conjunto del supercondensador en un 30% en comparación con dispositivos similares.
En el residuo seco
Como conclusión, podemos resumir, indicando las ventajas y desventajas de los supercondensadores. Algunos de ellos se han mencionado anteriormente, pero por ahora vale la pena enumerarlos todos por separado.
Entonces, las ventajas:
• Costo relativamente bajo del dispositivo de almacenamiento de energía por 1 Faradio.
• Densidad de potencia extremadamente alta.
• Alta eficiencia del ciclo, que alcanza el 95% y más.
• Fiabilidad, larga vida útil.
• Amplio rango de temperatura de funcionamiento.
• Gran cantidad de ciclos con parámetros inalterados.
• Alta velocidad de carga y descarga.
• Permisibilidad de descarga a cero.
• Relativamente ligero.
Desventajas:
• Densidad energética relativamente baja.
• Alto grado de autodescarga. Bajo voltaje por elemento unitario.
Todavía hay más ventajas que desventajas, y gracias a esto, la tecnología se está implementando activamente en un número creciente de industrias. Ahora la capacidad específica de los supercondensadores está aumentando, mientras que el tiempo de carga, por el contrario, está disminuyendo. Cuando se alcance cierto límite, se podrá hablar de un reemplazo completo de baterías por supercondensadores en algunas áreas, lo que, en general, ya está sucediendo.