Суперконденсаторы как перспектива для электродвигателя: эффективность новых технологий

Перспективы электродвигателей на суперконденсаторах...

Суперконденсаторы как перспектива для электродвигателя: эффективность новых технологий

В связи с ростом мирового спроса на энергоносители, существует проблема рационального использования ограниченных ресурсов энергии.  Решения требует вопрос о снижении потребления энергии одним из основных энергоемких направлений, к которому относится транспорт. На его долю приходится более 20% от общего объема первичной энергии в мире, а также наибольшее часть загрязнения окружающей среды.
В автомобильной промышленности активно ведутся разработки альтернативных видов топлива и высокоэффективных устройств накопления и сбережения энергии для электромобилей, грузового транспорта, самолетов и поездов.
Первые работы по разработке электрохимических конденсаторов проводились в середине 19 века Гемгольцем. Тогда же им было теоретически описано строение двойного электрического слоя на поверхности электродов и предсказание использования данного явления в устройствах для запасания энергии.
Первые практические результаты научных работ, связанных с применением суперконденсаторов относятся к середине 20 века, когда появился широкий круг материалов, позволяющих практически реализовать идею суперконденсатора. С другой стороны, разработку новых типов конденсаторов подстегивала потребность промышленности в мощных, быстро заряжаемых источниках тока с большим ресурсом.
В настоящий момент можно выделить несколько типов суперконденсаторных батарей по области применения для автомобилестроения:

- пусковые - подключаются параллельно стартерной аккумуляторной батареи для улучшения пусковых качеств и длительности жизни последней

- для поддержки питания мощных автомобильных акустических систем

- буферные - для использования в гибридных автомобилях, отличаются относительно низкой емкостью и большой выходной мощностью

- тяговые - для применения в качестве основного источника питания электромобиля.

Электродвигатели уже в ближайшем будущем станут основой практически всех силовых агрегатов транспортных средств в долгосрочной перспективе. Электрические приводы, независимо от происхождения источника питания, потребуют малогабаритных устройств для хранения или накопления электрической энергии, таких как суперконденсаторы и батареи или их комбинация.
Суперконденсаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами в автомобильной промышленности. Они очень хорошо выдерживают резкие перепады напряжения и делают возможным сверхбыстрое накопление, хранение и подачу электрической энергии, необходимой для автомобильной промышленности. Они легкие и подходят для накопления или предоставления больших токов, что связано, прежде всего, с рекуперативным торможением и ускорением полного дросселя. Они позволяют нашим инженерам минимизировать электрические ударные нагрузки, которые сильно сокращают срок службы аккумулятора, а также позволяют лучше управлять "быстрыми изменениями состояния" в определенных случаях. Наконец, они должны пережить срок эксплуатации транспортного средства - суперконденсаторы имеют очень большой срок службы и могут выдерживать огромное количество циклов перзарядки.
Используя собственную методику обработки наноуглеродных материалов и наноалмазов, американские ученые из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, США (DNI), под руководством украинского ученого, профессора Юрия Гогоци разработали целый ряд новых материалов и технологий для производства сверхемких суперконденсаторов различного применения - включая автомобильную и авиационну промышленность, электронику. Для микроэлектроники ими разработана новая револющионная технологию производства миниатюрных суперконденсаторов. Ее суть заключается в изготовлении электродов конденсатора - методом осаждения на подложку из диоксида кремния углеродистой пленки толщиной несколько микрометров, которую образуют, так называемые, нанолуковицы - множество углеродных наносфер, вложенных одна в другую, наподобие многослойности луковиц или матрешек.
Технология обладает потенциалом выхода суперконденсаторов совместимых с изготовлением кремниевых микрочипов и может похвастаться высокой плотностью мощности и практически бесконечным циклом жизни устройства.

технология суперконденсаторов с сайта Университета Дрекселя

технология суперконденсаторов с сайта Университета ДрекселяРис.: по материалам http://nano.materials.drexel.edu

 

Область применения новой технологии производства компактных и ёмких накопителей энергии, благодаря практически неисчерпаемому ресурсу суперконденсаторов, может быть довольно широкой : как перезаряжаемый источник постоянного тока, они могут использоваться в приборостроении, энергетике, так и в автомобилестроении, машиностроении и электротехнике. Многочисленные работы этой научной группы по суперконденсаторам и источникам энергии, совметно с учеными из других университетов, последние несколько лет публикуются в лучших нучных журналах мира, докладываются на большинстве крупных международных конференций и симпозиумов и признаны самыми передовыми в своей области.   
Дополнительно Вы можете: Прослушать интеръвью с профессором Ю.Г.Гогоци на тему ближайшей перспективы применеия наноуглеродных матералов, даное им авторитетному ресурсу Materials Today (аудиофайл запускается автоматически через несколько секунд после перехода по ссылке).
Тематические статьи на сайте:
Группой американских ученых из Университета Дрекселя разработана нанотехнология суперконденсаторов
Награждение международной премией R&D 100 Award 2009 Университета Дрекселя и Y-Carbon Inc.
Международная научная конференция MRS Fall Meeting 2009 в Бостоне

Некоторые научные публикации по суперконденсаторам исследовательской группы Института Нанотехнологий Университета Дрекселя ( Drexel Nanotechnology Institute, USA) под руководством профессора Юрия Гогоци:
1. V. Presser, L. Zhang, J.J. Niu, J. McDonough, C. Perez, H. Fong, Y. Gogotsi, Flexible Nano-felts of Carbide-Derived Carbon with Ultra-high Power Handling Capability. Advanced Energy Materials, 1, 423-430 (2011)
2. J. Chmiola, C. Largeot, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, Monolithic Carbide-Derived Carbon Films for Micro-Supercapacitors, Science, 238, 480-483 (2010)
3. P. Simon, Y. Gogotsi, Charge Storage Mechanism in Nanoporous Carbons and Its Consequence for Electrical Double Layer Capacitors, Philosophical Transactions of the Royal Society A, 368, 3457–3467 (2010)
4. V. Pelletier, S. Bhattacharyya, I. Knoke, F. Forohar, M. Michay, Y. Gogotsi, Nanoenergetics: Copper Azide Confined Inside Carbon Nanotubes, Adv. Funct. Mater. (2010) DOI : 10.1002/adfm.201000858
5. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology Newsletter. (2010) DOI:10.1038/nnano.2010.162
6. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, P.-L. Taberna, P. Simon, Ultrahigh power electrochemical micro-capacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology 5, 651-654 (2010)J.
7. Segalini, B. Daffos, P.L. Taberna, Y. Gogotsi, P. Simon, Qualitative Electrochemical Impedance Spectroscopy study of ion transport into sub-nanometer carbon pores in Electrochemical Double Layer Capacitor Electrodes, Electrochimica Acta, 55 (25) 7489-7494 (2010)
8. P. Simon, Y. Gogotsi, "Materials for Electrochemical Capacitors" // Nature Materials, 2008, 7 (11), 845 - 854
9. J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P. Simon, P. L. Taberna, "Anomalous Increase in Carbon Capacitance at Pore Sizes Less Than 1 Nanometer" // Science, 2006, 313, 1760 - 1763

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties) 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, июль-сентябрь 2018

alt

Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, директор и руководитель проекта от MRC Алексей Гогоци и  Вероника Загородная в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, в соответствии с планом коммандировок по проекту.

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Института Полимеров, делятся своим опытом в синтезе двумерных наноматериалов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег  по полимерам и композиционным материалам.

 
Рабочая поездка по проекту NANO2DAY проф. Марии Омастовой в Центр Материаловедения, Киев, Украина, июль-август 2018

PrПрофессор Мария Омастова, Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, и директор Центра Материаловедения Алексей Гогоци, июль-август 2018Профессор Мария Омастова из Института полимеров Словацкой академии наук, Братислава, Словакия, посетила  Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении июля-августа 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Первая международная конференция по максенам MXenes, Цзилиньский Университет, Чанчунь, Китай, 24-26 мая 2018

MXene conference 2018Встреча является первой международной конференцией, посвященной двумерным материалам максинам MXene, которая должна помочь ученым в изучении двумерных материалов и энергии взаимодействовать, а также обсуждать достижения и проблемы в различных областях.

 
6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» на Восьмом форуме по новым материалам (CIMTEC 2018) в Перудже, Италия, 11-14 июня 2018

Фото Yury Gogotsi.6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» в рамках 8-го Форума по новым материалам на CIMTEC 2018, проведенного в Перудже, Италия, посвящена недавним достижениям и задачам в области синтеза, структурного контроля и моделирования на мезо- и наномасштабах разнообразия малоразмерных аллотропов углерода, включая наноалмазы, алмазоподобный углерод, фуллерены, нанотрубки, графен и графеновые структуры, а также углеродные сети с высокой площадью поверхности, которые являются перспективными для ряда новых применений в области преобразования и хранения энергии, очистки воды, высокоскоростной наноэлектроники, оптоэлектроники, фотоники, квантовой обработки данных, квантовых вычислений, биоизмерения, доставки лекарств, медицинской визуализация, теплового управления, катализа, смазок и т. д.

 
Вручение диплома Почетного доктора КПИ им. Игоря Сикорского профессору Юрию Георгиевичу Гогоци

Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора КПИ, 14  мая 2018 г.Поздравляем профессора Юрия Гогоци с получением звания Почетного доктора Национального технического университета Украины" Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского ,14 мая 2018!

 
H2020-MSCA-RISE проект NANO2DAY, встреча участников проекта в Латвийском университете, 10-11 мая 2018 г.

altПроект H2020-MSCA-RISE NANO2DAY «Многофункциональные полимерные композиты, допированные новыми двумерными наночастицами для продвинутых применений», начался 1 мая 2018 года ипродлится 4 года. Он направлен на разработку новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами за счет включения новых нанолистов MXene в полимерные матрицы. 

 
«Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», специальная сессия посвященная европейскому проекту assymcurv в рамках программы Horizon 2020

ilt logoC 2 по 5 октября 2017 в Физико-техническом институте низких температур (ФТИНТ) имени Б.И. Веркина НАН Украины прошла пятая Международная конференция «Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», организаторами которой выступили ФТИНТ имени Б.И. Веркина НАН Украины и Институт физики НАН Украины.

 
Рецепт безопасных батарей - добавка из наноалмаза

Исследователи из Дрекселя сообщили, что добавление наноалмазов к раствору электролита в литиевых батареях может предотвратить образование дендритов, тензор-подобных отложений ионов, которые со временем могут расти внутри батареи и вызывать опасные сбои. (Фото предоставлено Университетом Дрекселя и Университетом Цинхуа).С целью предотвратить опасные неисправности лептопов исследователи из Университета Дрекселя разработали рецепт, который может превратить раствор электролита - ключевой компонент большинства батарей - в защиту от химического процесса, который приводит к поломкам, связанным с батареями.

 
Рабочая поездка в Цзилиньский университет и международное сотрудничество

Visit to Jilin University, Changchun, ChinaАлексей Гогоци, директор Materials Research Centre с рабочей поездкой посетил Цзилиньский Университетв Чанчуне, Китай. Он провел рабочую встречу с профессором Юрием Гогоци , заслуженным профессором Университета Дрекселя, США. и Цзилиьского университета, а также профессором Хан Вей , исполнительным заместителем директора международного сотруднического Центра Талантов в Международном центре наук будущегою Они обсудили текущие совместные исследовательские работы по современным материалам для суперконденсаторов и других применений.

 
20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины

На фото слева направо: замдиректора Рагуля А.В., Баглюк Г. А., Заворотный М.Г., профессор Юрий Гогоци, ученый секретарь Картузов В.В. и академик Фирстов С.А. 20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины..

 
Команда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал для программы Горизонт 2020»

horizon2020 семінарКоманда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал  для программы Горизонт 2020» в рамках информационного дня НАУ.

 
Юрий Гогоци. Профессор наноматериалов и научный Эверест. Интервью для "Українська Правда. Життя"

altСейчас значительная часть жизни ученого Юрия Гогоци - это международные полеты из США по всему миру, лекции, открытие лабораторий, редактирование научного журнала ACS Nano (18-того в рейтинге Google Scolar среди тысяч). И как минимум две статьи каждый год для самых влиятельных научных журналов мира Nature и Science.

 
Юрий Гогоци – самый влиятельный ученый современной Украины - Канал 24

alt

Жизнь Юрия Гогоци – это постоянные перелеты между топовыми лабораториями мира, написание статей в лучших научных журналов мира и исследования материалов, которые могут изменить мир вокруг. Ученый из Киева ежегодно получает более миллиона долларов на лабораторные эксперименты, правда, только за границей. Прочитать лекции в Украине его приглашают крайне редко.

 
Интервью профессора Юрия Гогоци для Hromadske о науке, финансировании и перспективах

профессор Университета Дрекселя Юрий Гогоци Фото: Александр Попенко/ГромадськеЕго труды цитируют чаще, чем многих нобелевских лауреатов, он получает на исследования 2,2 миллиона долларов от родного университета, однако в Украине о Юрия Гогоци знают немногие: лишь несколько публикаций о нем в сети и 2-3 приглашение на выступления в год.

 
Лекция профессора Юрия Гогоци в НТУУ КПИ, 8 июня 13:00

Профессор Юрий  Гогоци, Университет Дрекселя, США

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Инженерно-физический факультет
Корпус №9, ауд. 101
Дата и время проведения: 8 июня в 13:00
Вход свободный

 
Научная лекция профессора Юрия Гогоци Открытие новых материалов и технологии будущего в ИПМ НАНУ, 7 июня 12:00

Профессор Юрий Гогоци

 Институт проблем материаловедения им.Францевича НАНУ

Главный корпус, Актовый зал (к. 208)

Дата и время проведения: 7 июня в 12:00

Вход свободный

 
Открытая лекция выдающегося ученого мирового уровня профессора Юрия Гогоци «Зарядиться на два миллиона» о последних достижениях в области наноматериалов и хранениия энергии, 7 июня, 19:00, Киев, фотостудия Lightfield Productions

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя Ученый расскажет, как сочетаются инновации и фундаментальные исследования, сколько будут работать традиционные батарейки и аккумуляторы в будущем и какими будут источники света.

 
Нанотехнологии и энергия будущего: профессор Юрий Гогоци о нанотехнологиях в области хранения энергии на Всемирной научной ярмарке 2017 года World Science Fair 2017

Professor Yury Gogotsi at World Science Festival 2017Среди экспертов в студии World Science Fair 2017 выдающийся ученый из Университета Дрекселя профессор Юрий Гогоци, лауреат премии имени Фреда Кавли.