Суперконденсаторы. Введение 🤔 В последние годы в результате поиска более чистых и устойчивых энергетических альтернатив широкое развитие получили ВИЭ. В отличие от традиционных невозобновляемых ископаемых видов топлива, существенным недостатком возобновляемой энергии является ее региональный, прерывистый и нестабильный характер. Следовательно, интеграция и развитие ВИЭ во многом зависят от достижений в технологиях хранения электроэнергии. 👉 В настоящее время к наиболее широко исследуемым и применяемым устройствам хранения электрической энергии относятся вторичные батареи и суперконденсаторы. Вторичные батареи (свинцово-кислотные аккумуляторы, никель-водородные аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы и т. д.) используют окислительно-восстановительную реакцию между электродами и электролитами для преобразования электрической энергии в химическую. Благодаря относительно полному протеканию реакций аккумуляторные батареи обычно демонстрируют высокую зарядную емкость и плотность энергии. Однако из-за ограниченной кинетики реакции аккумуляторные батареи имеют низкую скорость зарядки, низкую удельную мощность, а также такие нежелательные побочные реакции в процессе использования, влияющие на срок службы и безопасность устройства, как необратимые фазовые изменения и рост дендритов. Напротив, суперконденсаторы действуют по механизму обратимой адсорбции-десорбции ионов на границе между электродом и электролитом, образуя двойной электрический слой (ДЭС), или используют поверхностные окислительно-восстановительные реакции на поверхности электрода для создания псевдоемкости. Во время заряда анионы и катионы адсорбируются на поверхностях положительных и отрицательных электродов соответственно, образуя двойной электрический слой с противоположными зарядами внутри электродов. Во время разрядки ионы возвращаются в электролит. Накопление заряда псевдоемкостью происходит так же, как и у аккумуляторных батарей, с различиями только в кинетике реакции и полноте её протекания. 💪 Быстрая физическая адсорбция и десорбция или поверхностные химические реакции наделяют суперконденсаторы превосходными энергетическими характеристиками и более длительным сроком службы по сравнению с аккумуляторными батареями. Это делает их особенно подходящими для применений с высокой мощностью, таких как запуск и разгон электромобилей, рекуперация энергии торможения, а также для таких задач, как сглаживание выработки электроэнергии, регулирование частоты и пиковое регулирование в энергосетях. Кроме того, суперконденсаторы, используемые в качестве силовых устройств, могут выдерживать высокочастотные циклы зарядки и разрядки, не испытывая эффектов памяти или снижения емкости, в отличие от аккумуляторных батарей. Эта характеристика способствует снижению затрат на их техническое обслуживание и замену. Хотя емкость суперконденсаторов ниже, чем у аккумуляторных батарей, их внедрение на рынок и промышленное производство могут получить дальнейшее развитие после увеличения зарядной емкости за счет оптимизации реакционной способности материалов и более эффективного использования двойного электрического слоя. Очевидно, что преодоление ограничений, связанных с зарядной емкостью суперконденсаторов, имеет большое значение для разработки устройств хранения энергии и эффективного использования новых источников энергии. Поэтому в данной статье представлен подробный обзор текущего состояния исследований и проблем, связанных с электродами, участвующими в различных механизмах хранения заряда в суперконденсаторах. Кроме того, в ней рассматривается и анализируются конструкция устройства, электролитная система и согласование компонентов в устройстве. И речь пойдёт не только об этом. Продолжение следует 🇨🇳 Фэн Ли — профессор Института исследования металлов Китайской академии наук; 🇨🇳 Тяньчжао Ху — аспирант Института исследования металлов Китайской академии наук. 📚 Из нового доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет».