Разработано устройство, поддерживающее напряжение ионисторов постоянным

Преимущества и недостатки суперконденсаторов проходят, кажется, уже в первом классе: дешевизна, сверхбыстрая зарядка и отдача энергии, огромный жизненный цикл, а из «узких мест» назовём ёмкость, которая в десять раз меньше, чем у литий-ионных батарей. Думаете, это всё? Не совсем. В отличие от химических аккумуляторов, вольтаж суперконденсаторов падает при разрядке. Это можно компенсировать преобразователем напряжения постоянного тока, но вот беда: он стоит денег и плохо работает, когда напряжение источника падает ниже 1 В.

Проще сказать — никак не работает. Эффективность его падает настолько, что использовать такую схему для питания электромоторов (к примеру, гибридного авто) уже не получится. Да что гибриды! У большинства из них есть хотя бы возможность лететь быстрее ветра с механическим приводом от ДВС: помните, что сейчас на рынке доминируют так называемые параллельные гибриды?

Sinautec Ultracap Bus вот уже шесть лет бегают по шанхайским (Китай) улицам, но из-за непостоянного вольтажа их максимальная дальность составляет несколько километров — всего несколько остановок! (Фото Sinautec.)

А вот китайские городские электробусы на суперконденсаторах (есть такие!) вынуждены останавливаться каждые 1,6–5,4 км для подзарядки. Ведь параллельного источника питания у них нет. Да, преимущества суперконденсаторов и тут трудно отрицать: зарядка от специальной штанги подключения на каждой остановке занимает от 30 секунд до минуты (а не часы, как у литиевых батарей), пока выходят и заходят пассажиры, а ресурс позволяет таким электробусам заряжаться (на каждой, повторим, остановке) без замены накопителей аж с 2006 года. Прошли бы такие штуки с «литием»? Но значительную часть ёмкости суперконденсаторов использовать всё равно нельзя. Поэтому даже новейшие разработки, показывающие возможность повышения ёмкости суперконденсаторов до уровня литиевых батарей, вызывали некоторый скептицизм: ведь чем больше окажется их ёмкость, тем больше запасённой ими энергии нельзя будет использовать из-за недостаточного напряжения на выходе…

…То есть было нельзя. Эззат Бэкхум из Университета Западной Флориды (США) нашёл решение этой проблемы. По крайней мере для суперконденсаторов с жидким электролитом. Всё просто до гениальности: дело в том, что по мере уменьшения количества электролита в супеконденсаторе ёмкость последнего пропорционально падает. При этом вольтаж напрямую зависит от глубины разрядки: при снижении ёмкости процент разрядки работающего суперконденсатора уменьшается, а напряжение, соответственно, не снижается. Простейшее экспериментальное механическое устройство, отслеживая вольтаж, постепенно поднимало при помощи миниатюрного электромотора электроды из электролита, уменьшая площадь их контакта, в результате чего ёмкость медленно снижалась, а напряжение оставалось практически неизменным.

Электроды и разделитель при самом лёгком падении напряжения автоматически поднимаются из электролита, уменьшая площадь контакта и поддерживая вольтаж постоянным. При зарядке активная часть ионистора опускается в электролит. (Илл. Ezzat Bakhoum.)

И просто, и эффективно: в первом же опыте напряжение колебалось в пределах 4,6–4,9 В, при изначальном напряжении суперконденсатора в 4,8 В. По примерным оценкам, использование ёмкости увеличилось настолько, что на тех же суперконденсаторах можно получить на 10% больше энергии, существенно уменьшив потери от невозможности их использования при низком вольтаже.

Соответствующая работа опубликована в Journal of Renewable and Sustainable Energy.

Подготовлено по материалам Phys.Org.