Supercapacitores como os mostrados aqui em 2009 pode aumentar ou substituir as baterias em veículos, armazenamento de energia como uma carga elétrica.
Cortesia da fotografia Argonne National Laboratory
Para a National Geographic
Publicado em 20 de agosto de 2013
Imagina carregar o seu telefone celular em poucos segundos. Ou considerar como transporte seria transformada se levou apenas alguns minutos para abastecer um carro elétrico.
A tecnologia para rapid-fire power-ups tem sido em torno de décadas em supercapacitores. Supercapacitores não só cobrar mais rápido do que as baterias, duram mais tempo, porque eles não sofrem o desgaste físico de carga e descarga que desgasta baterias. Eles também têm um número de vantagens de segurança. No entanto, super 'supercapacitores tamanho que tem que ser muito maior para manter a mesma energia de baterias e sua super-alto custo mantiveram-los de volta.
Mas um grande número de cientistas acreditam que descobertas recentes colocar o rápido, confiável, e potencialmente mais segura de armazenamento de energia em supercapacitores, também conhecido como ultracapacitors, bem ao alcance de competir melhor com baterias.
"Ultracapacitors são do tipo como um raio em uma garrafa, se você quiser", disse Michael Sund, vice-presidente de Maxwell Technologies , fabricante líder da nova tecnologia, que está a vender milhares de unidades a cobrar ônibus na China.
Woes de Segurança para Baterias
Qualquer pessoa que tenha executado com carga baixa durante um telefonema importante, ou tentou acalmar uma criança cujo brinquedo caminhão, de repente, parou conhece os limites de baterias. Baterias levar um longo tempo para carregar, são relativamente pesados, um grande problema para o carro elétrico e mercado de sua segurança, muitas vezes surge como um problema.
Só neste verão, um grande varejista teve de recolher milhares de baterias de substituição para laptops feitas pela Apple, apenas um dos muitos fabricantes de laptops e telefones celulares que têm visto suas próprias baterias lembrou por causa de preocupações com a segurança. (Veja questionário relacionado: "O que você não sabe sobre Baterias ").
Incêndios envolvendo baterias no início deste ano também ajudou a aterrar temporariamente do novo Boeing Dreamliner. Em uma das piores tragédias atribuída a falha de bateria, dois tripulantes morreram na queda de um avião da UPS em Dubai 2010 que os investigadores ligados a chamas subindo de uma carga de baterias. (Veja matéria relacionada: " Remodelar vôo para eficiência de combustível: Cinco Technologies na pista de decolagem . ")
As armadilhas perigosas de uso da bateria são parte do que está ajudando a impulsionar o interesse renovado em supercapacitores.
A segurança é muito mais um problema do que tem sido no passado, disse Peter Harrop, presidente da DTechEx , uma empresa de pesquisa de mercado sediada em Cambridge, Reino Unido Ele e outros fãs da tecnologia emergente lidar supercapacitores vai prosperar como as empresas buscam novas e mais fontes de alimentação robustas que também são mais seguros do que as baterias de hoje.
Em vez de as substâncias químicas que compõem as baterias difíceis de gerir, supercapacitores usar uma espécie de eletricidade estática para armazenar energia. Isso significa que o seu desempenho é mais previsível, os seus materiais são mais fiáveis e menos vulnerável a alterações de temperatura, e podem ser totalmente descarregada para o transporte seguro, Harrop disse.(Veja imagens relacionadas: " Sete ingredientes para melhores baterias de carros elétricos . ")
Uma abertura para supercapacitores?
Os cientistas sabem há muito tempo que a energia pode ser armazenada como carga eléctrica, em vez de reagentes químicos, como em baterias.Famoso experimento de Benjamin Franklin com fileiras de garrafas de Leyden,que ele chamou de uma "bateria" após o termo militar para armas funcionam juntos , na verdade era uma versão preliminar de um capacitor.
Mas descobertas recentes em materiais supercapacitor poderia torná-los concorrentes baterias em mais aplicações. "Supercapacitores estão melhorando mais rapidamente do que são as baterias", disse Harrop.
Então, novamente, supercapacitores foram à beira do sucesso comercial durante anos. Em 1995, um título, por exemplo, sugeriu que ultracapacitors foram "surgindo à frente." Mas eles mantiveram um pequeno negócio em comparação com baterias recarregáveis, principalmente porque eles armazenam relativamente pouca energia em comparação com as células convencionais.
Em baterias, armazenando uma carga elétrica é chamado de "densidade de energia", uma distinção de "densidade de energia", ou a rapidez com que a energia é entregue.
A densidade de energia de supercapacitores empalidece contra as baterias de iões de lítio, a tecnologia normalmente utilizada hoje em celulares e laptops. As baterias de iões de lítio armazenam talvez 20 vezes a energia de supercapacitores para um determinado peso e tamanho. Isso significa que o iPhone 5 pode ter que ser dois ou três centímetros mais grosso para segurar um supercapacitor, para fazer um dispositivo que dificilmente é esbelto.
Supercapacitores, por outro lado, sobressaem quando se trata de densidade de potência. Eles embalam um tremendo poder, eles podem ser carregadas rapidamente e liberar essa energia em rajadas rápidas de corrente. Pense naqueles choques elétricos afiadas que podem ocorrer após um esfrega o caminho errado em carpete felpudo. Ou, talvez melhor, acho que as faixas de energia que acendem uma tempestade de verão.
Supercapacitor fabricante Maxwell Technologies maiores vendas 'ter ido para os fabricantes de ônibus, Sund disse. Os operadores usam os supercapacitores para captar a energia gerada quando um freio de ônibus para uma de suas muitas paradas, e depois descarregar o poder de ajudar o ônibus começar a partir de seu ponto morto. Para o efeito, os supercapacitores podem substituir as baterias inteiramente em ônibus híbridos, enquanto o ônibus totalmente elétricos exigem menos baterias.
Essa é provavelmente a melhor maneira de continuar a vender os supercapacitores, como suplementos para baterias ou motores que funcionam com combustíveis, Sund disse. "Supercapacitores, muitas vezes, ser complementares às baterias", disse ele. "Por isso, tentamos ficar longe do que chamamos de 'bateria bashing."
Ainda assim, existem outros lugares onde supercapacitores estão substituindo as baterias completamente. Um exemplo é em turbinas de vento, em particular aqueles que são offshore e difíceis de alcançar. Supercapacitores pode fornecer, por exemplo, as rajadas de energia necessária para ajustar lâminas de turbina na mudança de condições do vento.
Baterias tradicionalmente conheci essa necessidade. Mas as baterias se desgastam porque os produtos químicos perder potência ao longo do tempo.Porque eles não dependem de substâncias químicas para o armazenamento de energia elétrica, capacitores duram muito mais tempo, um fator importante para turbinas, cuja altura e posicionamento remoto torná-los caro para manter.
Alguns carros europeus também utilizam supercapacitores de forma semelhante aos ônibus. Os carros europeus "micro-híbridos" desligam-se quando seria normalmente em marcha lenta. Que "start-stop" tecnologia normalmente foge baterias sozinho, mas montadora francesa PSA utiliza Maxwell supercapacitores em algumas de suas Citroen e Peugeot.
Baterias, porém, continuam a agarrar a maioria do mercado micro-híbrido, porque os supercapacitores e eletrônica acompanhamento pode adicionar algumas centenas de dólares para o custo de um carro. Apoiadores da tecnologia argumentam que as supercaps custar menos no longo prazo, porque eles duram mais do que as baterias e poupar mais combustível porque eles trabalham de forma mais confiável.
Ainda assim, quando se trata de carros micro-híbridos, o preço de compra inicial, até agora supera a eficiência e custo de longo prazo da posse, Sund disse.
Obstáculos a serem superados
Novos materiais podem ajudar supercapacitores competir melhor em densidade de energia. Muitos cientistas estão se concentrando em grafeno, o carbono que é apenas um átomo de espessura e que tem gerado muita emoção, uma vez que foi refinado cerca de dez anos atrás. Grafeno provou caro para fabricar. Mas um laboratório mostraram recentemente que, um dispositivo doméstico comum barato poderia fazer grafeno em folhas de baixo custo e de alta qualidade. A estudante usou um gravador de DVD para fazer o grafeno em um laboratório de química dirigida por Ric Kaner, um professor da Universidade da Califórnia, em Los Angeles.
A unidade de DVD tinha um recurso chamado LightScribe que grava imagens sobre a superfície dos DVDs. Acontece que o laser também converte um material comum, o óxido de grafite, em folhas de grafeno. A descoberta foi descrita no ano passado na revista Ciência .
O laser produz grafeno com uma característica que o torna especialmente promissor para supercapacitores: ele surge com buracos, ou poros. Este grafeno altamente poroso pode ser empilhadas várias camadas profundas enquanto ambos os lados de cada camada permanecer acessível. Em experimentos, que dobrou ou triplicou a densidade de energia de supercapacitores feitos com grafeno.
Um disco DVD-size do laboratório de Ric Kaner detém micro-supercapacitores.
Cortesia da fotografia UCLA
Uma única camada de átomos de carbono não armazena muita energia, Kaner disse. "É quando você pode empilhar centenas ou mesmo milhares de camadas, e é isso que estamos fazendo."
Ele não prever quando o novo material pode aparecer em supercapacitores comerciais, excepto dizendo que espera que ele não vai ser dez ou mesmo cinco anos. Mesmo assim, os supercapacitores provavelmente vai trabalhar em conjunto com baterias. "Eles não são um substituto para as baterias, até o momento", disse Kaner.
Mas se, eventualmente, pode armazenar energia suficiente para competir com as baterias, supercapacitores têm vantagens chave, incluindo que eles podem fornecer alta potência e ser usado por milhões de ciclos, Kaner disse. "Além disso, ao contrário das baterias, eles não sobrecarregar e eles não sobreaquecer."
As vantagens de segurança de supercapacitores vai crescer à medida que a demanda por energia portátil cresce, disse Harrop de DTechEx. Capacitores apresentam-se as suas próprias preocupações com a segurança, porque qualquer tecnologia que armazena energia é potencialmente perigosa. Mas os fabricantes estão a extinguir tóxicos e inflamáveis produtos químicos que foram utilizados em supercapacitores, e até mesmo os supercapacitores têm melhores índices de segurança do que as baterias de íon de lítio, disse ele.
Enquanto isso, a segurança da bateria vai se tornar mais um problema que as células ficam maiores, como aqueles que agora estão sendo usados em veículos elétricos. Quanto maior a bateria, o mais provável é que alguma coisa pode dar errado, Harrop acrescentou. "É mais fácil fazer um seguro de bateria para algo como um telefone do que para um carro."
Este artigo é parte de uma série especial que explora questões energéticas.Para mais informações, visite O Grande Desafio Energia .
Leia mais:
Nenhum comentário:
Postar um comentário