iPon Hírek

Szuperkondenzátor DVD-íróval

Dátum | 2012. 03. 23.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az elektronikus újdonságok tervezésénél mindig nagy kihívást jelent az energia megbízható tárolásának megoldása. Mind a rövid-, mind a hosszútávú energiaraktározás olcsó és hatékony megvalósítására egyre nagyobb igény mutatkozik az elektromos autóktól kezdve a különböző megújuló energiaforrásokig mindenféle területen. A megoldás egyik útját a kémiai akkumulátorok jelentik, de széles körben elterjedtek a kondenzátorok is, bár a jelenleg használatos modellek nagy hátránya, hogy csak akkor képesek jelentős energiát tárolni, ha maguk is nagy méretűek.

A Science című folyóiratban egy most megjelent tanulmány újfajta, grafénalapú elektrokémiai kondenzátort mutat be, amely a kutatók ígérete szerint leküzdi a korábbi korlátokat, vagyis viszonylag kis méreteivel is képes nagy mennyiségű töltést tárolni, ezen kívül megbízhatóbb is elődeinél. Ami még érdekesebbé teszi a dolgot, az a szuperkondenzátor előállításának módja: a kutatók egy mezei DVD-író segítségével redukálták a grafit-oxid filmréteget grafénné, ezzel demonstrálva a gyártás egyszerűségét. Az elektrokémiai grafénkondenzátor ezen prototípusa nagy előrelépést jelenthet az átlátszó és flexibilis elektronikai újdonságok felé.


A kondenzátorok két párhuzamosan elhelyezett vezető anyagból állnak (kisebb méretek esetén inkább fémfóliákról beszélhetünk), és ezek között valamiféle szigetelő helyezkedik el, illetve elektrokémiai rendszer esetében elektrolit. Kapacitáson a kondenzátor fegyverzetein lévő töltésmennyiség és a fegyverzetek közötti feszültség hányadosát értjük, ami kondenzátor töltéstároló képességének jellemző mérőszáma. A kondenzátor fegyverzetei között homogén elektrosztatikus mező van, ha ebbe szigetelőt helyezünk, akkor a mező polarizálja a szigetelőben lévő molekulákat, és növeli a kapacitást.

A kondenzátorok egyik előnye az akkumulátorokkal szemben, hogy funkcióromlás nélkül sokszor és gyorsan képesek feltöltődni és leadni a tárolt energiát. Hátrányuk a már említett méretbeli probléma: az akkumulátorok sokkal több energiát képesek jóval kisebb méretekben tárolni. Ennek a hátránynak a mérséklésére az egyik megoldás a fegyverzet töltéstároló felületének növelése lehet. A grafén nagyon jó jelölt erre a célra, mivel szerkezete miatt nagyon nagy hasznos felülettel rendelkezik, ezen kívül kiváló vezető és nagyon flexibilis.

A grafénkondenzátor elkészítéséhez a kutatók egy hagyományos DVD-lemezt grafit-oxid filmmel vontak be. A grafit-oxid olcsó, nagy mennyiségben könnyedén előállítható, így ideális alapanyag a célra. Ezt követően egy DVD-író 780 nanométeres infravörös lézerével besugározták a filmréteget, ami néhány réteg vastagságú grafénné redukálódott (a továbbiakban LSG, laser-scribed graphene, lézerrel írt grafén). A rétegeket lefejtették és egy hajlékony felületre vitték fel. (A kutatók elgondolása szerint a grafénréteg önmagában is megállja a helyét a jövőben, mint vezetőlemez.) Végül egy hasonlóan alakítható elektrolitréteget helyeztek a két fegyverzet közé.


A végeredményül kapott kondenzátor vastagsága nem éri el a 100 mikrométert, és működésében nem figyelhető meg romlás, akárhogy csűrik-csavarják hajlékony anyagát. Az LSG szuperkondenzátor teljesítménysűrűsége 20 watt/cm3, ami húszszorosa az aktívszén-kondenzátorokénak és három nagyságrenddel haladja meg a lítiumion-akkumulátorok által leadott teljesítményt. Ehhez 1,36 milliwattóra fajlagos energiatárolás társul köbcentiméterenként, ami kétszer annyi, mint amire az aktívszén-kondenzátorok képesek, és körülbelül megegyezik a lítiumion-akkuk által tárolt energiamennyiséggel. Mindez pedig elsődlegesen a grafénból készült fegyverzet óriási felületének köszönhető: egyetlen gramm LSG felülete eléri az 1520 négyzetmétert.

A kutatók szerint grafénkondenzátorok kombinációival rövidesen helyettesíteni lehetne a kisebb készülékek (laptopok, mobiltelefonok, zenelejátszók) akkumulátorait. Ha valóban alkalmazhatóak lesznek a mindennapi életben is, akkor hajlíthatóságuknak és vékonyságuknak köszönhetően a szuperkondenzátorok teljesen megváltoztathatják elektronikus készülékeink kinézetét, mivel ezekben a továbbiakban nem kellene a nagy és nehéz akkumulátorok tárolását megoldani.



 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

16. CyberPunk6...
2012.03.23. 17:06
Még be sem fejeztem az egyetemet máris tanulhatom újra némelyik fejezetet...


érzem, hogy jó szakmát választottam, itt nem lesz ideje ellustulni az agyamnak.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
15. Vendég-Ven...
2012.03.23. 19:09
"A kondenzátorok két párhuzamosan elhelyezett vezető anyagból állnak (kisebb méretek esetén inkább fémfóliákról beszélhetünk), és ezek között valamiféle szigetelő helyezkedik el, illetve elektrokémiai rendszer esetében elektrolit. "

Egy apró pontosítás: Elektrolitkondenzátor (elkó) esetén is van szigetelő réteg, az elektrolit lényegében az egyik fegyverzet (vezető) szerepét tölti be, pontosabban vezető réteget alkot az egyik fegyverzethez. A szigetelő pedig a másik fegyverzeten létrehozott fémoxid-réteg. Az elektrolit azért kell, mert így a két fegyverzet távolsága lecsökkenthető lényegében az oxidréteg vastagságára, márpedig a kapacitás a dielektrikum (szigetelő) anyaga mellett a fegyverzetek tvolságától is függ.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
14. Humbuk
2012.03.24. 13:14
Vendég-vendög: és még bele lehetne kötni a polarizációba is és még sok más dologba, de szerintem felesleges. A cikk az úgy jó ahogy van, mert nem egy tanulmány, hanem 1 cikk
amolyan kevesbb több alapon lehet érteni a lényeget


Haha és a téma pont aktuális mert nem rég mértem szigetelőket laboron! Ha a hír igaz, és tényleg "könnyen" kivitelezhető az eljárás, akkor már is érdekesebb a helyzet! Várjuk a fejleményeket!!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
13. Vendég-Ven... Humbu...
2012.03.24. 15:00
Nem belekötés volt, hanem pontosítás. Nem ugyanaz. De lényeges, mert különben úgy tűnhet, hogy az elkóban a szigetelő réteg helyett van az elektrolit. Amit nyilván Jools is jól tud, csak a megfogalmazás volt kicsit félreérthető.

A cikk amúgy persze jó, nem véletlenül szoktam 5 pontot adni Jools írásaira.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
12. CyberPunk6...
2012.03.24. 16:44
Lol évek óta járok ide és most tűnt fel, hogy lehet pontozni a cikket
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
11. mikej95
2012.03.24. 18:00
A Tesla Gun végre megvalósul(hat), hordozható formában is!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
10. peti198706...
2012.03.24. 22:24
Ezek elhelyezhetők a combon mellkason háton hajon egyaránt hmm.. -haladunk
-on parts of Android.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
9. szilaard
2012.03.25. 20:24
Lehet, hogy tényleg lehet belőle akksit csinálni, de hát nézzünk már rá arra a grafikonra!!! Teljesítmény leadás és felvételben alkot óriásit-hiszen kondenzátor a lelkem, és nem akksi!
Hova kellene iszonyat nagy teljesítmény felvevő és leadó képességű eszköz???
Autózás!!! Hibrid autók! Amikor fékezel, akkor 40-100 kW teljesítményt kell(ene) visszarakni az akksikba, de ezt a Li ion akksik nem nagyon bírják.
Vagy monjuk buszok esetén minden megálló előtt és után 200-300 kW 30 mp-ig. Leadás, felvétel, leadás, felvétel, leadás, felvétel.
Ebben nagyobb poént látok én, mint műszaki analfabéta, mint abban, hogy egy laptop 2-8 óra alatt szívja le a cuccot, ebben az esetben az energiasűrűség az, ami a kulcs paraméter. És itt bizony az ábra bal felső sarkában a Li akksik kiütik a kondikat. PONT.
Itt legfejjebb a költség kérdése jöhet még szóba.
De várjunk csak! A grafit-oxid film az nem lehet egy baromi drága anyag.
Az infra lézer kezelés pedig pláne nem az, a CO2 lézerek kimeneti hatásfoka
10% körül van (szemben az izzólámpával, aminek 1% körüli!!!). A CO2 lézer olyan "olcsó és kommersz" technológia, hogy acélt vagdalnak vele.
Vagyis leírták a grafén lemezek olcsó előállításának módját??? Egy kis irányított szennyezés, és kész a grafén IC????
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. center82
2012.03.25. 22:20
Én is a szuper kondenzátorokban látom a jövőt, ami már nincs is messze. Ezek teljesen fel fogják váltani az akkumlátorokat, elemeket. Már lehet kapni 600Farád-os szuper kondenzátort, ami képes 1.875 kJ energiát tárolni. 2,5V-os 100A-t tartósan és 800A-t képes impulzusszerűen leadni. Csak 45eFt-ba kerül még. Na ezeket sorba és párhuzamosan kötve skálázhatóak ja és csak 120g-os.
[LINK]
Datasheet szerint van 3000F-os ami 3000A-t képes leadni és 800A-t tartósan.
Na ezek nagyon durvák aki tudja mit jelent egy Farád. Ha ezek olcsóbbak és még jobbak lesznek akkor mindenfajta energiahordozót leváltanak.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. szilaard
2012.03.25. 22:41
Kedves center82 !!!
1.2V*2500 mAh = 3Wh = 3 x 3600 Ws = 10 800 J = 10kJ
Ez EGY ceruza akksi!
DE itt max 2-3 A áramot vehetsz ki ... ára 1/20-ad, kapacitása 5x-öse.
A kapacitás/ár 100x rosszabb a kondenzátorok esetén.
De ha a kivehető teljesítményről beszélünk, akkor már kiderül, hogy 20x-os
áron 100x teljesítményt kapsz már ma! Na, ITT ugrik a majom a vízbe a hibrid
járművek esetén!!!
A cikkben szereplő technológia pedig ipari méretekben előállítva (bocs a kifejezésért) a "picsa olcsó" kategóriát valósíthatja meg. Természetesen tároló/leadó TELJESÍTMÉNYRE vonatkoztatva.
Laptopoknál, mobiltelefonoknál értelmetlen ekkora teljesítménynek akárcsak a töredékéről is beszélni.
Ebben az esetben csak és kizárólag a tárolt energia mennyisége számít.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. Supra
2012.03.26. 09:39
Azen rágódok már egy ideje, hogy itt valami nem stimmel: vagy én néztem el valamit, vagy borzalmasan el van írva!

Most már megnéztem: a wikipédia alapján a LI-ion akkuk energi sűrűsége 0.2-0.6 Wh / cm3 (már ha jól számoltam).
Namost, ha ez a kondi 1.36 mwh-t tud, vagyis 0.00136 Wh, akkor az még mindig csak a század része, vagyis két nagyságrendel lejebb van!!!!

Én is várom az aksik és kondik fejlődését (éppen most építek alaktomos autót), de ez így még mindig nem fogja megoldani a problémákat, még az átmeneti tárolásét sem...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. Meteorhead
2012.03.26. 10:00
Ha laptopoknál nincs is értelme annak, hogy szupergyorsan lehet tölteni és leszívni, mert cserébe kevesebb ideig megy az aksi... azért én csendben megjegyezném, hogy ez szénből van (legalábbis a kulcs része, a többi variálható). Akkumulátoroknál azért ne felejtsük el, hogy tönkremennek és kidobják őket, és ebbe a laptopok is beletartoznak. Én személy szerint könnyű szívvel lefelezném az akkumulátoridőt, ha tudnám hogy nem szennyezi jobban a környezetet, mint a háztartási hulladék.

Arról nem is beszélve, hogy a jellegéből fakadóan szerintem még akku időt sem kéne áldozni se mobiltelefonban, sem notin, mert ebből egészen patologikus alakú "akksikat" is lehet csinálni. A noti fedlapja alatt, vagy a ház alatt is simán meghúzódhat egy ilyen réteg észrevétlenül. Egy csomó holtteret ki lehet tölteni ilyennel elektronikai cuccokban. És notit én is szívesen töltenék 10 másodperc alatt. Ha elterjedne biztos több helyen lenne USB X.Y aljzat, hogy tölthesd a dolgaid.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. balikabo
2012.03.26. 11:45
És ha megnézitek megint ki/mi a "ludas" a grafén.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. Vendég-Ven... Meteo...
2012.03.26. 14:35
"És notit én is szívesen töltenék 10 másodperc alatt"

Sajnos a töltési időt nem lehet akármennyire lecsökkenteni, még kondenzátornál sem, ui. a nagy bemenő áramerősség akkora mágneses térerőt gerjeszthet, ami már fizikailag károsíthatja a kondenzátort. Aztán figyelembe kell venni a vezető réteg áramterhelhetőségét is, amit persze párhuzamos kapcsolással növelni lehet (így is szokták), de annak is van határa, főleg azért, mert a kondenzátor kivezetései nem lehetnek bármekkora keresztmetszetűek. Túl nagy áramsűrűség esetén az elektromigráció is komoly szerepet játszik.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Supra
2012.03.26. 15:35
Arról nem is beszélve, hogy azt már a biztosíték sem feltétlenül szeretné...

De mondjuk ha 5 perc is a töltödik, az is teljesen más felhasználói élmény, mint a 2 óra!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. zatcom
2012.12.29. 14:44
Én évek óta foglakozok szuperkondenzátorokkal, akkukkal!
A li-ion akkuk hátránya, hogy a gyorstöltés élettartamot csökkent!
Vagyis nem ajánlott 0,3C Azaz a névleges kapacitás 0.3szorosánál nagyobb árammal tölteni.
Ez egy 3000mah akksinál 1amper max. Ha ezt a szabályt betartjuk, akkor a töltési idő 4-5óra.
Természetesen, amennyiben 100% ra akarjuk feltölteni és nem a gyorstöltők 80% os töltöttségi szintjére, mert akkor valóban 2óra….ráadásul az élettartam is csökken.
A li ion akkuk élettartama sajnos kicsi, pár év és dobható! Mondjuk attól függ mennyi töltési és kisütési cikluson megy át, de ez 1000-1500cilkus.Valamint hátrányuk hogy nagy áram kivételekor, erősen visszaesik a feszültség. A li –ion akkuknál a megszokott az 1C maximum..azaz 3000mah akkunál nál max 3amperrel terhelő áram. Természetesen vannak speckó Li-ion akksik amiből nagyobb áramerősség szedhető ki károsodás nélkül /2-3C/, de cserébe csökken a tároló kapacitás mértéke, azaz a milliaperóra. Hidegben csökken a kapcitásuk. A töltési ciklus előre haladtával kb. 800-1000tölrésnél/csökken a tárolt kapacitás akár a felére is!!!!
A Li-po akkukból 20-60C..azaz a kapacitás 20-60szerese is kivehető tartósan. Vagyis 5amperórás akkukból 300Amper is akár, ezeket használják a RC modellek működtetésére. Hátrányuk hogy 100-200töltési ciklus az élettartamuk és gyulladás veszélyesek!! Képesek tüzet okozni, öngyulladás. Ütésre érzékeny,kigyulladhat.
A Savas és zselés akkukat hagyjuk. Bár a kocsikban, járművekben jó szolgálatot tesznek, de borzasztó nehezek, az élettartamuk is kicsit, nagyon-nagyon lassú tölteni őket….. nagy áram kinyerésekor csökken az élettartamuk /kocsikban indításkor/, és karban kell tartani őket időnként, erősen környezetszennyezők, télen nagy gond van velük a hidegben! Fél maximum egy év garit adnak rájuk, ez mindent elárul.
A li-ion akkuknál hallani új híreket, miszerint meg tudják növelni a tároló kapacitásukat 5-10éven belül a 10szeresére nanotechnológiával, de ez még azért messze van. Akkor valóban jó tárolók lesznek., de kérdéses lesz a terhelhetőségük, ami rendkívül fontos még, az élettartamuk és hőmérséklet érzékenységük.
A szuperkondenzátorokkal végzett kísérleteim alanyait a jelenleg elérhető technológiából szerzem.
Még valóban nem állnak készen az akkuk lecserélésére, de amennyiben a cikkben szereplő kondik piacra kerülnek, búcsút inthetünk a savas, zselés akkuknak, már nagyon itt az ideje amúgy is.
Az akksis fúrók is új értelmet nyerhetnek, hisz 4-6óra töltés helyett/ normál töltés,amiről beszéltem, nem gyorstöltésről, ami rongálja az akkut csak ezt kevesen tudják…/
5-10percre csökkenhet, ami bőven kompenzálja az esetleges tároló kapacitás kisebb mértékét az új szuper kondik esetben, ha ez egyáltalán kevesebb lesz, hisz a kondenzátorok egy dinamikusan fejlődő ág, ez csak a kezdet, míg az akkuknál 100év alatt alig történt lényegi változás!
Bár itt az új LIFEpo4 akku, ami képes ötvözni a LI-po nagy energia leadását a a Li-ion biztonsággával és az 1500-2000töltési élet ciklussal, cserébe kevesebb energia tárolást kapunk ugyanakkora méretben, mint negatívum és elég drága. De hol van ez még mindig, a jelenlegi szuperkondik 500ezer-1millió töltési ciklusához képest? Valamint, a cikkben szereplő szuperkondik valószínű töltési ciklusához képest? A szuperkondik hőmérséklet érzéketlenek az akkukkal ellentétben! Ez akár 3-400 szoros élettartam, bőven megtérül! A téma egészét kell nézni, nem csak részleteket kiemelni, hogy a li-ionnak nagyobb a tároló kapacitása és PONT. Ez édes kevés. Ha 20év alatt 10x is meg kell vennünk., és 5perc helyett 4-6órán át tölteni, ha nem akarom hogy csökkenjen az élettartama ami amúgy is törpe a kondikhoz képest. A megtérülési rátáját így is kell nézni. hisz míg egy szett kondit hazsnálok, addig 20szett li-ion akksi is elmehet a kukába.
A 100Farados, bár csak 5,4voltos jelenlegi szuper kondi telepemet 30másodperc alatt fel tudom tölteni. És 150ampert is kivettem már belőle melegedés, károsodás nélkül. 30deka. Félreértés ne essék, nem aranyfüst kondikból pakoltam össze, azok nem tudnak nagy áramot leadni és lassan töltődnek,általában 1-1,5Farados gombelem formájúak 5,5volton. Led meghajtáson, és más alacsony energia igényű eszközök meghajtásán kívül másra nem jók /100-200ma/. Én normál értékű szuperkondikról beszélek. 10faradosokból raktam össze pár éve.
És ma már nem 45ezer ft egy 600Farados szuperkondi 2,5volton, már töredéke csak a gyártótól kell vásárolni, nem itthon boltból, de persze még így is drágább mint a li-ion, ezek még gyerekcipőben járnak ,de a cikk alanya, már igazi „férficipő lehet”!
Én nagyon várom, igazi forradalmat vihet véghez az akkuk terén!!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!