Ученые из Болонского университета (Италия), Университета Йоханнеса Кеплера в Линце (Австрия) и Университета Сарагосы (Испания) разработали простое, но эффективное решение для улучшения работы систем хранения энергии. Они предложили напрямую соединять ванадиевую проточную батарею и суперконденсатор без использования сложных и дорогих электронных преобразователей.
Долгое время прямое соединение различных типов устройств хранения энергии считалось непрактичным из-за различий в их характеристиках, включая внутреннее сопротивление и рабочее напряжение. Обычно для управления потоками энергии используются DC-to-DC преобразователи, которые могут вызывать значительные потери и существенно увеличивать стоимость системы.
Фото: Ассоциация «Глобальная энергия»
В новом исследовании международная команда ученых продемонстрировала, что преобразователи иногда можно исключить: в лабораторной установке батарея и суперконденсатор были просто соединены параллельно.
Эксперименты подтвердили, что суперконденсатор берет на себя основную нагрузку во время коротких и мощных разрядов, мгновенно отдавая ток и уменьшая падение напряжения. В результате система смогла работать при токах до 10 А (что примерно в пять раз выше максимального уровня для отдельной батареи), отдавая в 8-10 раз больше энергии в краткосрочном режиме.
Для объяснения этого эффекта ученые разработали простую электрическую модель. Расчеты и эксперименты показали, что ток в начале разряда протекает в основном через суперконденсатор, после чего постепенно перераспределяется на батарею. Это позволяет избежать резкого падения напряжения, которое обычно ограничивает мощность.
Модель также продемонстрировала, что увеличение емкости суперконденсатора эффективно только до определенного предела: в этой конфигурации оптимальное значение составляет около 75 фарад, после чего прирост энергии становится минимальным.
Помимо технических характеристик, исследователи проанализировали экологические и экономические параметры устройства. Анализ жизненного цикла показал, что система с прямым соединением может быть значительно более экологичной. При зарядке от возобновляемых источников совокупные выбросы составляют около 0,070 кг эквивалента CO₂ на кВт·ч против 0,096 кг для системы с преобразователями, что указывает на снижение примерно на 37%.
Экономическая оценка дала аналогичные результаты. Хотя пассивная конфигурация требует примерно в три раза больше ячеек суперконденсатора из-за ограничений по напряжению, общие затраты снижаются благодаря исключению преобразователей. Расчеты показывают, что к 2050 году удельная стоимость таких систем может снизиться примерно на 60% благодаря эффекту масштаба и технологическому прогрессу.
Наиболее экономически эффективной и экологически чистой конфигурацией является система с прямым соединением, использующая суперконденсаторы с водными электролитами, которые дешевле и безопаснее традиционных органических растворов.
Источник: Ассоциация «Глобальная энергия»
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0
- Суперконденсатор
- Проточнаябатарея
- Хранениеэнергии
- Гибриднаясистема
- Экоэнергетика
- Экономия