Supercapacitorii sunt dispozitive de stocare a energiei electrice care ar putea înlocui bateriile Li-ion din telefoanele mobile și automobilele electrice.

Supercapacitorii utilizează două mecanisme diferite pentru a stoca energia electrică și care contribuie la capacitatea totală a acestora, capacitatea electrostatică bazată pe stratul dublu electric și pseudocapacitatea electrochimică.

Acest lucru înseamnă că supercapacitorii combină proprietățile condensatoarelor și bateriilor electrice într-un singur dispozitiv, care în prezent este considerat un concurent serios pentru echipamentele bazate pe utilizarea energiei din surse regenerabile.

Supercapacitori MaxwellSupercapacitori. Credit: Maxwell

Supercapacitorii sunt formaţi din doi electrozi, un electrolit, membrana separatoare, iar performanţele lor diferă  în funcţie de caracteristicile materialelor folosite.

Supercapacitorii nu funcţionează pe baza unor reacții chimice, precum în cazul bateriilor convenționale, ci pe baza generării unor câmpuri electrostatice.

Supercapacitorii sunt dispozitive polare care trebuie conectate în mod corect, la fel ca și condensatoarele electrolitice. Proprietățile electrice ale acestor dispozitive, în special viteza lor mare de încărcare și descărcare, pot fi de mare interes pentru unele aplicații unde supercapacitorii ar putea înlocui complet bateriile electrice, cum ar fi în cazul telefoanelor mobile și al automobilelor electrice.

Supercapacitorii pot fi încărcați rapid deoarece stochează electricitatea pe suprafața unui material și nu folosesc reacţiile chimice specifice bateriilor electrice. În acest scop se utilizează materiale bidimensionale, cum ar fi grafenul, cu o suprafaţă mare pentru a stoca un număr mare de electroni.

Credit: Futurism

Supercapacitorii sunt utilizați, în special, în aplicații care necesită multe cicluri rapide de încărcare/descărcare.

Supercapacitori

Atunci când bateria telefonului se descarcă până la punctul critic, reîncărcarea acesteia pare să dureze ani. O problemă mult mai gravă o reprezintă situaţia în care bateria maşinii electrice s-a descărcat şi acest lucru s-a întâmplat în condiţiile în care următoarea stație de încărcare cu energie electrică se află la mare distanţă.

Cum ar fi dacă ar trebui să aşteptăm doar câteva secunde până când telefonul mobil revine la starea normală de funcționare, adică la un nivel de încărcare cu energie electrică de 100%?

Cum ar fi dacă ar trebui să aşteptăm doar câteva minute până când automobilul electric revine la starea normală de funcţionare după descărcarea bateriei?

Dr. Donald Highgate, director de cercetare la Superdielectrics Ltd., împreună cu cercetătorii din cadrul Bristol University şi Surrey University au creat un supercapacitor care este mai performant decât bateriile obişnuite şi care într-o zi s-ar putea dovedi superior bateriilor Litiu-ion.

Iată în continuare ce trebuie să ştiţi despre acesta:

1. Utilizează un nou tip de material

Materialul utilizat de cercetători, un polimer, a fost dezvoltat iniţial pentru lentilele de contact. Astfel, un material moale, flexibil, s-a dovedit a fi foarte bun pentru menținerea unui câmp electrostatic.

2. Nu poate fi utilizat ca o sursă principală de energie electrică

Supercapacitorii diferă de bateriile electrice deoarece generează câmpuri electrostatice. Aceste dispozitive nu pot asigura o alimentare continuă cu energie electrică și nu pot stoca aceeaşi cantitate de electricitate precum bateriile Li-ion.

Până în prezent, supercapacitorii s-au dovedit eficienţi atunci când au fost utilizaţi pentru o creştere rapidă a puterii electrice, care este utilă, de exemplu, în momentul pornirii motorului cu ardere internă al unui automobil sau pentru accelerarea unui tren.

De asemenea, supercapacitorii sunt foarte utili pentru recuperarea energiei de frânare a autovehiculelor. Atunci când acestea frânează o parte din energia care, în mod obişnuit, este pierdută sub formă de căldură în timpul frânării, este recuperată sub formă de energie electrică. Aceasta poate fi stocată în supercapacitori şi utilizată ulterior, ceea ce înseamnă că aceste dispozitive ar putea deveni o componentă importantă în vehiculele electrice.

3. Asigură o densitate mai mare de energie

Principalele impedimente în calea utilizării supercapacitorilor sunt costul ridicat şi densitatea scăzută de energie ce caracterizează aceste dispozitive. Comparativ cu bateriile Li-ion obişnuite, supercapacitorii actuali nu pot stoca o cantitate mare de energie electrică și nu o pot menține prea mult timp.

Din acest motiv supercapacitorii, în forma lor actuală, nu pot asigura o încărcare cu energie electrică de lungă durată a autovehiculelor electrice.

Cu toate acestea, Highgate și alți cercetători, care lucrează la proiecte similare, au reuşit să mărească densitatea de energie a supercapacitorilor cu ajutorul unor materiale care nu trebuie să fie neapărat  speciale sau rare.

S-a dovedit astfel că prin utilizarea unor materiale moi, destul de accesibile, cum ar fi polimerii destinaţi inițial lentilelor de contact, cei care au fost utilizați de cercetătorii conduşi de Highgate, sau a unor  materialele pe bază de grafen se poate mări densitatea de energie a supercapacitorilor.

4. Funcţionează alături de bateriile Litiu-ion

Chiar dacă obiectivul pe termen lung ar fi ca supercapacitorii să înlocuiască bateriile Litiu-ion ca sursă de alimentare pentru dispozitivele mobile, autovehicule și liniile de asamblare, pe termen scurt este mai probabil ca acestea să fie utilizate împreună. Atunci când aceste dispozitive lucrează în tandem rezultă o sursă de alimentare foarte puternică și sigură, ceea ce este o veste bună în special pentru producătorii vehiculelor electrice.

Sursă: Futurism