docdr inż. Bronisław Szubzda, Instytut Elektrotechniki, Wrocław
download 
Reklamacja Transkrypt
dr inż. Bronisław Szubzda, Instytut Elektrotechniki, Wrocław
Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu Superkondensatory – zasada działania i możliwości zastosowań dr inż. Bronisław Szubzda Co to jest kondensator Jest to układ dwóch równoległych przewodników prądu elektrycznego odizolowanych od siebie cienką warstwą materiału nieprzewodzącego – dielektryka. Układ ten posiada własność gromadzenia ładunków elektrycznych wykorzystując wzajemne przyciąganie się ładunków o przeciwnych znakach. Pojemność kondensatora (ilość zgromadzonego ładunku elektrycznego) jest tym większa, im większa jest powierzchnia sąsiadujących z sobą przewodników S (okładek kondensatora) oraz im mniejsza jest grubość oddzielającego je dielektryka d. S C d Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 2 Elektryczna warstwa podwójna Wymiar d 2 - 10 Å <1nm Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 3 Elektryczna warstwa podwójna Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 4 Model superkondensatora Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 5 Porównanie bateria - superkondensator 1000 Gęstość energii Wh/kg o gniwa pa liwowe 100 ri e e ba te j on aln c n we k on 1 godzina 1 sekunda 10 10 godzin su pe rko ndensato ry 1 0,03 sekundy 0,1 ko ndensatory konwen cjon alne 0,01 10 100 1000 10000 Gęstość mocy (W/kg) Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 6 Korzyść z zastosowania Moc wyjściowa źródła zasilania może zostać dostosowana do zapotrzebowania średniego zamiast maksymalnego 6 5 P [a.u.] 4 3 2 Pmaks. 1 0 0 30 60 90 120 150 Pśr. t [a.u.] Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 7 Bateria - superkondensator superkondensator dostarcza zmagazynowaną energię w momencie zwiększonego obciążenia, czas pracy baterii może być przedłużony nawet pięciokrotnie1, możliwość rekuperacji energii hamowania. superkondensator bateria 1CSIRO odbiornik Energy Technology, 2002 BATERIE: + bardzo duża gęstość energii, - niska żywotność, - niska moc impulsowa. SUPERKONDENSATORY: + wysoka gęstość energii, + wysoka moc impulsowa, + obiecująco niska cena, + wysoka żywotność, liczba cykli. Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 8 Michelin Hy-Light • Masa 850 kg silniki napędowe • Paliwo: wodór i tlen (ogniwo PEMFC) • Moc ogniwa paliwowego – 30 kW elektronika sterująca ogniwo paliwowe • Zespół superkondensatorów dostarczyć może 32-45 kW podczas 14-20 sekundowego przyspieszania • 2 silniki elektryczne napędzające przednie koła • Prędkość maksymalna 130 km/h wysokociśnieniowy zbiornik wodoru wysokociśnieniowy zbiornik tlenu • Zasięg 400 km przy stałej prędkości 80km/h • Przyspieszenie 0-100km/h: poniżej 12s pojemność: 29 F układ magazynowania energii: zespół masa: 53 kgsuperkondensatorów • Rekuperacja energii podczas hamowania • Zerowa emisja zanieczyszczeń Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 9 Airbus A380 Awaryjne zasilanie systemów bezpieczeństwa (drzwi, trapy ewakuacyjne). Door and Slide Management System (DSMS) „Układy bazujące na superkondensatorach są lżejsze niż akumulatorowe, a także są bardziej niezawodne, […] w przypadku awarii głównych systemów, przez osiem godzin przechowują energię niezbędną do zasilenia modułów wykonawczych. […] nie wymagają okresowych czynności konserwacyjnych, a ich zwarta konstrukcja i ilość cykli ładowania-rozładowania […] sprawia, że mogą być użytkowane przez wiele lat bez wymiany.” Dr. Wolfgang Helbach, managing director of Diehl Luftfahrt Elektronik Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 10 Skuter Hy-IEL Szybkość maksymalna 30 km/h Zasięg 50 km 1 2 3 4 6 – – – – – ogniwo paliwowe, zbiornik sprężonego wodoru, sprężarka powietrza, superkondensator, 5 – akumulator, panel sterujący. Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 11 Elektrolity Elektrolity wodne Elektrolity organiczne H2SO4 – H2O Et4NBF4 - Acetonitryl 0,6 – 0,7 V 2,2 – 2,7 V ok. 1 S/cm ok. 0,02 S/cm Maksymalna pojemność 250 – 300 F/g 150 – 250 F/g Charakterystyka Tańsze Bezpieczne Wyższy koszt Niebezpieczne Napięcie pracy Przewodnictwo elektryczne Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 12 Zgromadzona energia Ilość energii zgromadzonej w superkondensatorze jest proporcjonalna do jego pojemności i do kwadratu napięcia(!) C1 C2 R 1 1 1 C C1 C 2 Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 13 Elektrolity Elektrolity wodne Elektrolity organiczne H2SO4 – H2O Et4NBF4 - Acetonitryl 0,6 – 0,7 V 2,2 – 2,7 V ok. 1 S/cm ok. 0,02 S/cm Maksymalna pojemność 250 – 300 F/g 150 – 250 F/g Charakterystyka Tańsze Bezpieczne Wyższy koszt Niebezpieczne Napięcie pracy Przewodnictwo elektryczne Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu 14
