Superkondensator czyli supermagazyn energii

Co to takiego ten superkondensator? To magazyn energii o właściwościach, które umieszczają go pomiędzy baterią a klasycznym kondensatorem. Największymi jego zaletami są krótki czas ładowania i duża wartość uwalnianej mocy, którą równie błyskawicznie oddaje. Nie bez znaczenia pozostaje fakt, że na mrozie superkondensator nie traci swoich właściwości do przechowywania energii.

Do tej pory superkondensatory najczęściej stosowane były w układach typu UPS, czyli podtrzymujących zasilanie. Zwykły akumulatorowy zasilacz awaryjny po rozładowaniu wymaga kilku godzin, by odzyskać pełną sprawność. Poza tym znaczące skoki w zasilaniu powodują, że żywotność akumulatora również się zmniejsza. Prowadzi to do tego, że akumulatory w takich zasilaczach wymieniać należy co kilkadziesiąt miesięcy. To spory koszt, szczególnie dla firm, które masowo wykorzystują urządzenia do podtrzymywania zasilania. Zastosowanie superkondensatora w UPS-ie zwiększa bezpieczeństwo, bowiem ładuje się on znacznie szybciej niż sam akumulator, więc po chwili jest gotowy do powtórnej akcji. Zwiększa się wtedy również żywotność samego akumulatora (nawet do kilkudziesięciu lat!) ze względu na wyeliminowanie skoków energii.

Super(kondensator)owe zdjęcie

Dobre zdjęcie wymaga dobrego światła – tak mawiają fotografowie. Jednak często muszą sobie z tym złym światłem radzić przy pomocy lampy błyskowej. Moc błysku przenośnej lampy jest na tyle duża, by oświetlić obiekty znajdujące się bardzo blisko. Jednak natężenie światła maleje wraz z odległością. Mocniejszy błysk wymaga wyzwolenia znacznie większej energii, co jest niemożliwe do uzyskania przy pomocy obecnie stosowanych baterii.

Z superkondensatorem to możliwe. Jak pokazują projekty znanych firm, jest to rozwiązanie nie tylko dla profesjonalnych fotografów. Nokia w swoich telefonach zamierza implementować elastyczne superkondensatory drukowane na płytce długości połowy kciuka i grubości około milimetra. Dzięki temu projektanci telefonów nie będą ograniczeni w żaden sposób, a nawet będą mogli projektować zupełnie giętkie urządzenia. Użytkownik zyska zaś wydajną lampę błyskową. Gdyby taką lampę montować w komórkach bez superkondensatora, żywotność baterii po prostu by spadła.

Zahamujesz – energię zmagazynujesz

W Formule 1 dzięki zastosowaniu superkondensatorów możliwe jest magazynowanie nadmiaru energii odzyskanej podczas hamowania, by potem uwolnić ją w dogodnym momencie (np. podczas przyspieszania). Formuła 1 to niejedyny przykład. Spopularyzować użycie kondensatorów próbuje firma Sinautec, budując przy ich wykorzystaniu wózki golfowe, ale również demonstrując autobusy, a właściwie system komunikacji miejskiej.

Na czym to polega?

Autobus wyposażony jest w superkondensatory, które są w stanie naładować się w ciągu kilkudziesięciu sekund. Rolę „stacji benzynowej” dla tych pojazdów pełnią przystanki autobusowe. Kierowca wyciąga pantograf, który styka się z linią zasilającą i tak przygotowuje się do podróży na kolejny przystanek. Prąd jest uzyskiwany z zainstalowanych na budkach przystankowych ogniw fotowoltaicznych. Dzięki odzyskiwaniu energii z hamowania taki autobus według producenta jest tańszy w utrzymaniu od tradycyjnego o 200 tysięcy dolarów w przeciągu 12 lat eksploatacji. Jest też o wiele bardziej ekologiczny.

Pracują nad materiałami

W Pracowni Materiałów Magnetycznych i Stykowych Instytutu Elektrotechniki we Wrocławiu zespół pod kierownictwem dr. inż. Bronisława Szubzdy prowadzi badania nad nowymi materiałami, które mogą być wykorzystane w konstrukcji superkondensatorów. Setki pomiarów wykonywanych przez wrocławskich naukowców w przyszłości mogą pomóc znaleźć jeszcze bardziej efektywne rozwiązania, które z powodzeniem mogą być wykorzystane w różnych układach zasilających.

Komentuje dr inż. Bronisław Szubzda, kierownik Pracowni Materiałów Magnetycznych i Stykowych Instytutu Elektrotechniki we Wrocławiu.

Technologia superkondensatorów zajmuje obecnie bardzo ważne miejsce w wielu dziedzinach związanych z energetyką. Wynika to z pożądanych właściwości, jakimi się charakteryzują. Do najważniejszych należą:
•    bardzo duża pojemność elektryczna – o kilka rzędów większa niż „klasycznych” kondensatorów,
•    krótki czas ładowania i rozładowania – wielokrotnie krótszy niż ogniw i akumulatorów, dzięki czemu energia może być gromadzona i wydatkowana z dużą mocą,
•    oraz wysoka żywotność urządzenia – duża liczba cykli ładowania i rozładowania – wielokrotnie wyższa niż akumulatorów.

Te szczególne właściwości określają obszar zastosowania tych urządzeń. Krótki czas ładowania i rozładowania przy dużej pojemności elektrycznej powoduje, że superkondensatory doskonale spełniają zadanie impulsowego źródła energii.

Akumulatory muszą być dobrane do maksymalnych, impulsowych poborów energii. Należy tu dodatkowo zaznaczyć, że przyczynia się to do przedwczesnego zużycia ogniw. Optymalnym rozwiązaniem tego problemu jest system wykorzystujący współpracę akumulatora z superkondensatorem. System taki, w którym superkondensator dostarcza impulsowo energię, a akumulator pracuje ciągle z taką samą, uśrednioną mocą, łączy zalety obu elementów, pozwalając na znaczne zmniejszenie wymagań akumulatora, a zatem i jego rozmiarów, masy i ceny.

Zmniejszenie rozmiarów akumulatora przy jednoczesnym przedłużeniu jego żywotności jest szczególnie ważnym czynnikiem ekonomicznym, uzasadniającym wszelkie prace badawcze i wdrożeniowe, ale jest też ważnym czynnikiem ekologicznym. Ogniwa elektrochemiczne, akumulatory są szczególnie uciążliwym dla środowiska naturalnego odpadem.