Ультра-конденсаторы

Ультра-конденсаторы - это конденсаторы очень высокой емкости, но относительно малого размера. Это достигается применением электродов из нескольких различных материалов, приготовленных при использовании специальных процессов. Некоторые ультра-конденсаторы базируются на использовании поверхности

большой плошали, двуокиси рутения (RuO:) и угольных электродах. Рутении чрезвычайно дорог и доступен только в очень ограниченных количествах.

Электрохимические конденсаторы используются в энергоемких областях, таких как клеточная электроника, кондиционирование, промышленные лазеры, медицинское оборудование, мощная бытовая электроника, электрические и гибридные транспортные средства. В обычных транспортных средствах можно применить ультра-конденсаторы, чтобы снизить требования к мощности генераторов переменного тока в случае пиковых нагрузок, возникающих при работе усилителя привода руля и тормозов. Ультра-конденсаторы могут накапливать энергию торможения, рассеиваемую в обычных тормозах в миле тепла, и могут использоваться, чтобы повысить к.пл. энергосистемы.

Одна система, эксплуатируемая на гибридном автобусе, использует 30 ультра-конденсаторов. накапливающих (600 кДж электрической энергии (она имеет электрическую емкость 20 Ф при напряжении 400 В). Весит такая батарея конденсаторов 950 кг. Использование этой технологии позволяет использовать энергию, которая в другом случае была бы попросту потеряна (например,

затраченную на торможение). Конденсаторы можно зарядить за очень короткое время, и они могут быстро отдавать ее - например, для быстрого разгона.

Топливные элементы

Энергия окисления традиционного топлива, сопровождаема» обычно выделением тепла, может быть преобразована непосредственно в электричество внутри топливного элемента. Все процессы окисления включают в себя передачу электронов между топливом и окислителем, и в топливном элементе используется сходный процесс преобразования энергии непосредственно в электричество. Химический процесс в батарее сопровождается окислением на отрицательном полюсе и восстановлением на положительном. Чтобы достичь разделения этих реакций в топливном элементе, требуется анод, катод и электролит. Электролит в таком элементе подастся непосредственно с топливам.

Оказалось, что топливо в виде водорода при соединении с кислородом обещает стать самым эффективным источником энергии. Топливные элементы очень надежны и бесшумны в работе, но в настоящее время очень дороги. На рис. 5.11 схематически показано строение топливного элемента.

Работа топливного элемента на водороде происходит следующим образом. Водород под годится к электроду (аноду) из пористого никеля, покрытого катализатором, и диффундирует в электролит. При этом электроны отрываются от атомов водорода. Эти электроны затем проходят через внешнюю цепь. На электроде, к которому аналогичным образом подается кислород, образуется избыток отрицательно заряженных водородных анионов (ОН~). Кислород также переводит в раствор электролита. Анионы движутся через электролит к аноду. Используемый электролит- раствор гидроокиси калия (КОН). Бода образуется как побочный продукт реакции, в которой участвуют ионы водорода, электроны

и атомы кислорода. Если использовать элемент при высокой температуре, создаваемой самим топливным элементов, то можно получить к.пл. более 80% при хорошем показателе плотности энергии. Одна ячейка топливного элемента часто упоминается как «стек».

Рабочая температура этих элементов варьируется, типичное значение около 200 *С. Здесь также используется высокое давление, которое может составлять 30 Бар. Главными проблемами, которые предстоит преодолеть, прежде чем топливный элемент станет реальной альтернативой другим формам сохранения энергии для массового рынка, являются именно давление и хранение водорода. В следующем разделе, однако, показывается путь решения «водородной» проблемы.