Modyfikowane materiały węglowe dla kondensatorów

Katarzyna Magdalena Szatkowska
Politechnika Poznańska
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Modyfikowane materiały węglowe dla kondensatorów wysokiej
mocy
Kondensatory elektrochemiczne to urządzenia służące do magazynowania energii
elektrycznej. Ich działanie polega na gromadzeniu ładunku elektrycznego na granicy faz lub
w
materiale
elektrodowym
w
trakcie
ładowania
z
wykorzystaniem
oddziaływań
elektrostatycznych lub szybkich reakcji faradajowskich, który następnie przepływając
podczas wyładowania w zewnętrznym obwodzie obciążenia oddaje zgromadzoną energię.
Brak przemian fazowych materiałów elektrodowych podczas ładowania oraz wyładowania
pozwala prowadzić te procesy w bardzo krótkim czasie, mierzonym zaledwie w sekundach.
Kondensatory elektrochemiczne w odróżnieniu od akumulatorów elektrochemicznych o
tradycyjnej zasadzie działania charakteryzują się znacznie wyższą mocą oraz wysoką
trwałością podczas pracy cyklicznej. Sprawia to, że kondensatory elektrochemiczne stanowią
bardzo atrakcyjne źródło w układach o impulsowym lub chwilowym charakterze
zapotrzebowania na energię, np. do wspomagania klasycznych akumulatorów w układzie
buforowego zasilania pojazdów elektrycznych dla dostarczania dodatkowej mocy w trakcie
rozruchu
i
przyspieszeń
oraz
odzyskiwania
energii
hamowania.
Mankamentem
kondensatorów elektrochemicznych w porównaniu z akumulatorami klasycznymi jest
znacznie niższa energia właściwa. Ze względu na dobre właściwości elektrochemiczne,
stosunkowo niski koszt i proekologiczny charakter najchętniej obecnie stosowanym
materiałem elektrodowym dla kondensatorów elektrochemicznych są materiały węglowe.
Ponieważ kondensator elektrochemiczny składa się z dwóch elektrod z reguły o innej
pojemności, połączonych szeregowo poprzez roztwór elektrolitu, optymalizacja jego budowy
musi uwzględniać indywidualny dobór najlepszego materiału dla każdej z nich, a następnie
wzajemne
dopasowanie
pojemnościowych
obu
zestawionego
elektrod
układu,
dla
uzyskania
tzw.
najlepszych
kondensatora
charakterystyk
asymetrycznego.
W
przeprowadzonych badaniach wybór najlepszych materiałów elektrodowych dla każdej z
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
elektrod kondensatora elektrochemicznego przeprowadzony został spośród wielu różnych
węgli aktywnych na podstawie ich charakterystyk pojemnościowych, wyznaczonych w
kondensatorze
symetrycznym
potencjodynamicznej,
z
zastosowaniem
potencjostatycznej
oraz
metody
galwanostatycznej,
elektrochemicznej
spektroskopii
impedancyjnej. Zasadniczym kryterium doboru materiałów, obok ich pojemności właściwej,
było uzyskanie wysokiej dynamiki wymiany ładunku dla określonej elektrody. Po zestawieniu
kondensatorów asymetrycznych, stosując takie same metody badań elektrochemicznych
oraz kryterium maksymalnej dynamiki wymiany ładunku kondensatora elektrochemicznego
dopasowano
charakterystyki
pojemnościowe
obu
elektrod
poprzez
dobór
mas
poszczególnych elektrod. Dalsze badania koncentrowane są na wyznaczaniu i wyjaśnianiu
zależności pomiędzy budową fizykochemiczną węgli aktywnych, a ich charakterystyką
pojemnościową.
Kondensatory elektrochemiczne wykorzystujące węgle aktywne jako materiały
elektrodowe są urządzeniami innowacyjnymi, ekologicznymi i stosunkowo tanimi. Ciągły
rozwój naszego regionu – Wielkopolski skłania do poszukiwań coraz to nowszych technologii
przede wszystkim przyjaznych człowiekowi i środowisku. Urządzenia te mogłyby zostać
wykorzystane do zasilania pojazdów, czy podczas pracy dźwigów, żurawi, obniżając koszty i
dbając przy tym o środowisko. Mają również bardzo duże znaczenie w budowaniu
zintegrowanych systemów zawierających układy fotowoltaiczne lub turbiny wietrzne przy
wykorzystaniu energii odnawialnej.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego