울트라의 돌격

1995년에는 소규모 함대가 혁신적인 전기 버스가 모스크바 북쪽 끝에 있는 공원을 통과하는 15분 노선을 운행하기 시작했습니다. 10년 후, 아시아의 수십 대의 항구 크레인, 유럽의 경철도 열차 두 대, 미국의 쓰레기 트럭 대대가 첨단 기술 대열에 합류했습니다.

대중교통 차량과 산업 기계의 일부는 하나의 변덕스러운 혁명처럼 보일 수 있지만 혁명적입니다. 대부분의 전기 관련 차량과 달리 이 차량은 모두 배터리로 작동하지 않는다는 한 가지 주요 특성을 공유합니다. 대신, 전기 공학의 검증된 도구인 커패시터의 성능이 향상된 버전인 울트라커패시터로 구동됩니다.

울트라커패시터 뱅크는 크레인이 부하를 높이 들어올릴 수 있도록 에너지를 폭발적으로 방출합니다. 그런 다음 하강 중에 방출되는 에너지를 포착하여 재충전합니다. 이 장치로 구동되는 버스, 트램, 쓰레기 수거차는 모두 정지하기 전에 짧은 시간 동안 운행하며, 제동 중에 울트라커패시터가 일반적으로 낭비되는 에너지를 부분적으로 재충전하여 차량에 필요한 에너지를 많이 제공합니다. 다음 목적지.

화학 반응이 포함되지 않기 때문에 슈퍼커패시터 및 이중층 커패시터라고도 알려진 울트라커패시터는 화학 배터리보다 빠른 재생 에너지 저장에 훨씬 더 효과적입니다. 게다가 충전식 배터리는 일반적으로 수천 번의 충전-방전 주기 내에 성능이 저하됩니다. 특정 연도에 경철도 차량은 배터리가 처리할 수 있는 것보다 훨씬 많은 300,000회의 충전 주기를 거칠 수 있습니다. (플라이휠 에너지 저장 시스템을 사용하면 이러한 어려움을 해결할 수 있지만 에너지를 전달하려면 무겁고 복잡한 전송 시스템이 필요합니다.)

전기 공학에서 가장 견고하고 오래된 구성 요소 중 하나인 배터리와 커패시터 사이의 시너지 효과는 점점 커지고 있으며, 이제 울트라커패시터는 곧 배터리만큼 휴대용 전기에 없어서는 안될 필수 요소가 될 것입니다.

울트라커패시터는 이미 널리 퍼져 있습니다. 수백만 개가 마이크로컴퓨터와 휴대폰에 사용되는 메모리에 대한 백업 전원을 제공합니다. 또한 배터리가 포함된 수많은 소비자 제품에 짧은 시간 동안 에너지를 공급합니다. 예를 들어, 카메라의 경우 울트라커패시터는 클로즈업을 위한 확대와 같이 전력 집약적인 기능을 위한 성능을 제공하여 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.

아마도 가장 흥미로운 것은 울트라커패시터가 전기 자동차에 할 수 있는 일일 것입니다. 하이브리드 자동차의 배터리 대체품으로 연구되고 있습니다. 일반 자동차에서는 가속에 전력을 공급하고 제동 중에 에너지를 회수하여 배터리 부하를 평준화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 배터리 수명에 가장 치명적인 것은 고전류 펄스에 노출되어 너무 빨리 충전 또는 방전되는 순간입니다. 편리하게도 짧은 기간 동안 전력을 공급하거나 수용하는 것이 울트라커패시터의 가장 강력한 장점입니다. 그리고 커패시터는 -40C의 낮은 온도에서도 잘 작동하기 때문에 배터리가 최악인 추운 날씨에 전기 자동차의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

시중에서 판매되는 울트라커패시터는 이미 이러한 요구 사항을 어느 정도 해결했으며 동일한 무게나 크기의 배터리보다 몇 배 더 강력한 전력을 제공할 수 있습니다. 그러나 보유할 수 있는 에너지 양 측면에서는 울트라커패시터가 훨씬 뒤처져 있습니다. 가장 큰 차이점은 배터리는 대부분의 재료에 에너지를 저장하는 반면, 모든 형태의 커패시터는 재료 표면에만 에너지를 저장한다는 것입니다. 배터리와 마찬가지로 울트라커패시터는 이온 용액(전해질)으로 채워져 있으며 전극의 집전체가 전극에 부착되어 전극과 전류를 전도합니다. 컬렉터는 일반 커패시터보다 표면적이 훨씬 더 넓은 활성탄의 얇은 필름으로 코팅됩니다. 지금까지 울트라커패시터 디자인의 표면적은 활성탄의 다공성 제한으로 인해 제한되어 왔습니다.