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 с избранием в члены Европейской академии наук (EURASC)!

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, СШАВ январе 2019 года профессор Юрий Гогоци был избран членом Европейской академии наук (EURASC). Профессор Юрий Гогоци - ведущий украинский и американский ученый в области химии, с 2000 года профессор Университета Дрекселя, Филадельфия, США, в области материаловедения, инженерии и нанотехнологий.

 
Визит по проекту NANO2DAY доктора Виталися Лейсиса из Каунасского технологического университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в ноябре-декабре 2018 г.

altУченый исследователь Виталис Лейсис из Каунасского университета, Каунас, Литва, посетил Materials Research Centre, Киев, Украина,  в ноябре-декабре 2018 года для выполнения работ по проекту MSCA RISE NANO2DAY в рамках международной европейской научно-исследовательской программы Горизонт-2020.

Целью этого проекта является разработка новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами путем включения новых наноматериалов MXene в полимерные матрицы. Во время своего визита доктор Виталис Лейсис ознакомился с разработками партнера проекта MRC, также обсуждались и прорабатывались компьютерные симуляции и моделирование структуры полимерных композитов допированных максенами (MXenes) для дальнейшего расчета их прочностных свойств.

 
ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
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.