Одно из перспективных направлений применения углеродных материалов в гражданской сфере – это использование их в мобильных источниках тока. В настоящее время наблюдается повышенный рост рынков источников тока и здесь ОАО «СветлогорскХимволокно» есть что предложить. Более 20 лет наше предприятие является участником рынка суперконденсаторов — об этом в разговоре с заместителем главного инженера по перспективному развитию и реализации УВМ Михаилом Полховским.

Есть причины

Повышенный рост рынков источников тока, заметил в беседе Михаил Полховский, объясняется рядом причин. Это:

— значительное снижение стоимости генерации электроэнергии из возобновляемых источников;

— нестабильная генерация из возобновляемых источников во времени и необходимость  её накопления;

— ускоренный переход к использованию электрической тяги в транспорте.

Есть направления

Учитывая особенности и характеристики суперконденсаторов наиболее эффективными направлениями их использования являются:

— запуск двигателей внутреннего сгорания автомобилей, специальной техники и так далее;

— конденсаторные системы в составе электротранспорта (электропоездов, троллейбусов);

— конденсаторные системы в составе электропривода гибридных силовых установок для транспорта;

— накопители энергии в солнечных ветровых и других энергоустановках.

Есть опыт

— Нашим продуктом на рынке суперконденсаторов является широкий ассортимент разработанных углеродных волокнистых активированных материалов в виде лент и тканей, — отмечает Михаил Полховский. — Главная привлекательная особенность наших материалов — возможность создания различной текстильной структуры материала, получения требуемой удельной поверхности и регулирования сопротивлением.

За этот период накоплен большой опыт работы со многими предприятиями, организациями, занимающимися разработкой электрохимических конденсаторов, разработан целый ряд ассортиментов под конкретные задачи.

— На всём этом пути конкурентом был и остаётся вариант изготовления электродов с использованием активированного угля, который привлекает себя, прежде всего, низкой стоимостью, — добавляет Михаил Васильевич.

Есть ли пути выдерживания конкуренции с «дешёвым активированным углем»? Заместитель главного инженера обозначил их по пунктам:

— использовать очевидные преимущества углеволокнистых  материалов, во-первых, как готовую форму электрода, создаваемую в процессе получения. Во-вторых, хорошую электропроводность, не требующую применения металлической   фольги и связующих;

— Совершенствовать технологический процесс получения активированных углеродных волокнистых материалов с целью получения стабильных, необходимых для разработчиков; характеристик.

— Постоянно работать над снижением стоимости таких материалов;

— Поиск путей модифицирования поверхности  волокон с целью повышения  (улучшения) характеристик.

Использовать по максимуму

Применение углеродных волокнистых активированных материалов в виде лент необходимой  толщины  и ширины  позволяет обеспечить эффективное использование всей поверхности углеродных электродов и повышает электрическую ёмкость, в отличие от активированных углей, где часть поверхности закрыта связующим (клеем).

Успешная работы с АО «Энергия» (город Елец Липецкой области) подтверждает возможность на базе углеродных волокнистых материалов создавать эффективные суперконденсаторы.

Как уже было сказано выше, аккумулятор имеет более высокую ёмкость (особенно литий ионный), но малую мощность. В то время как СКС обладает значительно большей мощностью и по ёмкости уступает аккумулятору.

Где применяются?

Основные рынки развития применения мобильных источников тока: домашние хозяйства и другие индивидуальные потребители; электрический транспорт; крупные генерирующие станции и промышленные предприятия; модульные электронные устройства.

К мобильным источникам тока следует отнести: химические источники тока (ХИТ); суперконденсаторные структуры (СКС); топливные элементы (ТЭ).

В химических источниках тока электроэнергия накапливается за счёт окислительно-восстановительных  реакций. Наибольших характеристик достигли  в литий-ионных аккумуляторАХ.

Топливные элементы – устройства, вырабатывающие тепло- и электрический постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующие богатое водородом топливо.

Электрохимический  конденсатор  (суперконденсатор, ультраконденсатор с двойным электрическим  слоем) — это устройства, в которых электроэнергия накапливается в двойном электрическом слое (ДЭС) особой области на границе раздела поверхности электронного проводника и электролита.

В зависимости от природы электролита электрическая ёмкость составляет  от 0,05  до 0,3 ф/м² и пропорциональна суммарной  поверхности электрода. Особенно велика удельная поверхность у активированных углей, волокон, и может достигать более 1000 м². Поэтому, практически  у всех суперконденсаторов используется  активированный уголь или углеродные активированные волокна.

В ряду прочих накопителей энергии суперконденсаторы занимают промежуточное между традиционными конденсаторами и аккумуляторами. Их удельная энергия на 1-2 порядка выше, чем у конденсаторов, но значительно ниже, чем у аккумуляторов. Удельная мощность СКС ниже, чем у обычных конденсаторов, но выше, чем у аккумуляторов.

В качестве электролитов в СКС используются водные растворы щелочей или кислот, а также органические соединения. К бесспорным преимуществам суперконденсаторов следует отнести: количество циклов заряд-разряд  превышает 500 000.

Два в одном

Наиболее перспективным направлением, над которым работают многие организации, в том числе НАН Беларуси, это – создание устройства, сочетающего в себе характеристики суперконденсатора  и аккумулятора, то есть соединить два процесса  накопления электроэнергии в одном устройстве. Для этих целей выпускаемые нами активированные материалы  могут быть полезны.

Ряд организаций в Российской Федерации работают над созданием электродов для ХИТ (химический источник тока) с использованием материала Бусофит путём нанесения вакуумным способом специальных покрытий активной массы для проведения окислительно-восстановительных реакций, аналогичных как у аккумуляторов.

К печати подготовила Елена Володина