Застосування суперкоденсаторів для електрозварювання у процесі виробництва гірського і електротехнічного обладнання

Можна виділити декілька основних електрозварювальних технологій, які широко використовуються у промисловості. Це дугове зварювання, зварювання опором (наприклад, точкове зварювання). Застосування модулів суперконденсатора в якості джерела зварювального струму може призвести до суттєвих змін конструкції, розмірів, ваги і енергоспоживання таких пристроїв.

Компанією «Юнаско» разом з Інститутом електрозварювання імені Патона НАНУ проведено успішні дослідження точкового зварювання і приварювання шпильок коротким циклом із застосуванням макетів зварювальних пристроїв, де в якості джерел багатоамперних струмів служать модулі суперконденсаторів.

На основі дослідів і розрахунків можна зробити наступні висновки

Застосування суперконденсаторів може призвести при зварюванні опором до:

• зниження ваги апаратів порівнюваної зварювальної здатності у 2-3 рази;

• зменшення габаритів у 2 рази;

• зменшення вживаної від сітки потужності у 10-15 раз;

• підвищення якості зварювання за рахунок більш точного керування процесом зварювання;

• появи автономних мобільних зварювальних апаратів невеликої ваги.

Застосування суперконденсаторів може призвести при приварюванні шпильок до:

• зниження ваги апаратів порівнюваної зварювальної здатності у 3-4 рази;

• зменшення габаритів у 2 рази;

• зменшення вживаної від сітки потужності у 15-25 раз;

• підвищення якості зварювання за рахунок більш точного керування процесом зварювання;

• появи автономних мобільних зварювальних апаратів невеликої ваги, які можуть забезпечити приварювання шпильок у замкнутих просторових конструкціях із дотриманням правил електробезпеки, оскільки сітьові проводи можуть бути відсутніми.

Успіхи, досягнуті в побудові матеріалів із атомів вуглецю, є вражаючим, оскільки за останні 15-20 років синтезовані і досліджені такі унікальні структури як фуллерени, нанотрубки, графітизовані вуглецеві волокна, композитні вуглецеві матеріали, активований вуглець. Особливий інтерес представляє активований вуглець, який являє собою конструкцію, побудовану з хаотично розміщених графітоподібних мікрокристалів (турбостратна будова) різних розмірів. Крім того, в активованому вуглеці наявний аморфний вуглець в кількості 30-60 % від загальної маси. Завдяки такій будові в активованому вуглеці наявні пори, об’єм і розміри яких визначаються розмірами кристалітів, характером їх упаковки та взаємного орієнтацією. Дану конструкцію відносно легко трансформувати і відповідно надавати матеріалу нові унікальні властивості, що дозволяє істотно розширити сфери застосування активованого вуглецю. В цьому плані особливий інтерес представляє можливість його використання в електрохімічних пристроях, де важливу роль відіграють не тільки велика питома поверхня, але й її стан, морфологія, наявність тих чи інших поверхневих функціональних груп, розподіл пор за розмірами і т.п. Електроди з вуглецю добре поляризуються, є хімічно стійкими в різних електролітах (водних, апротонних) в широкому діапазоні температур, а амфотерний характер вуглецю дозволяє змінювати в широких межах електрохімічну поведінку вуглецевих електродів. Властивості вуглецевих матеріалів істотно залежать від способу отримання та виду вихідної сировини і тому виділення способу його синтезу дозволяє отримувати активований вуглець необхідної якості.

В пропонованій роботі розглянуті способи отримання, структура та фізико-хімічні властивості активованого вуглецю для електродів супер­конденса­торів. Запропоновані способі модифікації отриманого нанопористого вуглецю, які покращують експлуатаційні параметри відповідних зарядо­на­ко­пи­чу­вальних пристроїв, зокрема таких як провідність, питома ємність, кулонівська ефективність.

Застосування активованого вуглецю, як матеріалу для електродів суперконденсаторів, обумовлене унікальним поєднанням фізичних та хімічних властивостей, зокрема таких як:

• висока провідність;

• велика питома поверхня (> 2000 м² г^-1);

• висока корозійна стійкість;

• висока температурна стабільність;,

• керована структура пор;

• технологічність і сумісність композитних матеріалів;

• відносно низька вартість.

Загалом, перші дві з цих властивостей мають вирішальне значення для досягнення високих питомих параметрів суперконденсаторів. Саме вуглець дозволяє змінювати у широких межах провідність і площу поверхні, про що свідчить значна кількість досліджень [ ]. Проте спочатку корисно розглянути більш докладно інші аспекти вуглецю, наприклад, його структурну різноманітність і хімічну поведінку, з тим щоб досягти більш глибокого розуміння ролі вуглецевих матеріалів у суперконденсаторах.

Нанома­ши­ни та наноприлади. Перспективи розвитку нанонауки.