Electrochemical supercapacitors: Operation, components and materials

Abstract

Институт за хемију, технологију и металургију -Центар за електрохемију, Универзитет у Београду, Србија Сажетак Кроз преглед принципа рада уређаја за динамичко складиштење енергије и њихове најновије генерације, електрохемијских суперкондензатора, као и компоненти и активних материјала који се користе за њихову израду и опис различитих приступа изради, изложено је тренутно стање у развоју истраживања суперкондензатора као важног сегмента склопова за алтернативно напајање електричном енергијом. Дискутоване су њихове предности и недостаци у односу на друге врсте електрохемијских извора струје, пре свега батерија. Кључне речи: складиштење енергије; електрохемијски двојни слој; псеудокапацитивност; угљнични материјали, оксиди метала, електропроводни полимери ПРЕГЛЕДНИ РАД UDC 544.6:54-126:66.03:62-405.8.004.12 Hem. Ind. 72 (4) 229-251 (2018) Доступно на Интернету са адресе часописа: http://www.ache.org.rs/HI/ УВОДЗависност од конвенционалних, фосилних горива, због, између осталог, њихове све веће цене, ограничених ресурса, загађења и геополитичких односа, доводи савремено друштво у ситуацију да тражи алтернативне, обновљиве, али и јефтине, поуздане и ефикасне изворе енергије и системе за њено складиштење. Зато је шира употреба таквих извора енергије, посебно оних који ће побољшати ефикасност транспортних система један од важнијих циљева савремене науке. Један од кључних задатака у том смислу је развој система за складиштење енергије (ССЕ) који ће омогућити да се енергија природних обновљивих извора, као што су соларна, геотермална или енергија ветра, ускладишти и потом контролисано пренесе у мрежу за дистрибуцију електричне енергије. Са друге стране, потреба за повећањем ефикасности и економичности возила захтева проналажење ефикасног начина да се промена њихове кинетичке енергије складишти при сваком успоравању или кочењу.Иако су ови циљеви делимично остварени развојем примарних и секундарних хемијских извора струје (у даљем тексту ови извори ће бити помињани под скраћеним колоквијалним називом -батерије) који су по правилу мале снаге, повећање ефикасности таквих система је могуће само развојем система, односно нових ССЕ, које ће обезбеђивати што већу снагу. Суперкондензатори су због своје велике снаге и дугог животног века (великог броја циклуса пуњења и пражњења) најозбиљнији кандидати за развој напредних хибридних и самосталних, како мобилних тако и стационарних ССЕ [1]. СУПЕРКОНДЕНЗАТОРИ КАО СИСТЕМИ ЗА СКЛАДИШТЕЊЕ ЕНЕРГИЈЕСуперкондензатори се могу сматрати секундарним (електро)хемијским извором струје (након пражњења могуће их јевише пута изнова пунити и поново празнити). Код примарних извора, процес пражњења је неповратан, док се секундарним изворима (акумулаторима) називају они извори код којих је реакцијама у супротном смеру могуће поново напунити извор (Ni-Cd и Ni-метал хидридни, литијум-јонски и оловни акумулатори). За разлику од батерија које енергију складиште електрохемијски -извор носиоца наелектрисања је учесник у електрохемијским реакцијама, у (супер)кондензаторима енергија се складишти електростатички...