Перспективные накопители энергии типа суперконденсаторов: принципы работы и применение в авиации и космической технике

Электротехника

Силовая электроника

2016. Т. 23. № 2. С. 185-194.

Авторы

Бибиков С. Б.1*, Мальцев А. А.1**, Кошелев Б. В.***, Зудов К. А.2****, Кудров М. А.2*****

1. Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН (ИБХФ РАН), ул. Косыгина, 4, Москва, 117997, Россия
2. Московский физико-технический институт (государственный университет), МФТИ, ул. Гагарина, 16, Жуковский, 140180, Россия

*e-mail: sbb.12@yandex.ru
**e-mail: aam.0205@yandex.ru
***e-mail: borisko47@yandex.ru
****e-mail: xzudov@mail.ru
*****e-mail: mkudrov@phystech.edu

Аннотация

Изложены подходы к разработке накопителей энергии типа суперконденсаторов, или ионисторов, которые занимают, условно говоря, промежуточное положение между аккумуляторами и классическими конденсаторами. Показаны возможности увеличения зарядовых ёмкостей путём подбора состава и оптимизации структуры электродов.

На примере электродов на основе нанодисперсных слоистых графитовых структур (графены, восстановленные окиси графита и другие соединения) показана необходимость и возможность учёта доступности нанопористой поверхности электрода для ионов электролита. Рассмотрены пути увеличения запасаемой ионисторами энергии за счет использования неводных электролитов и расширения рабочего окна напряжений, а также за счёт создания «несимметричных» ионисторов с вовлеченным редокс-процессом. Сравнительные исследования показали возможность практического использования суперконденсаторов на основе неводных электролитов, обеспечивающих удельную зарядовую ёмкость (емкость на единицу массы электрода) 90 Ф/г.

Показана перспективность применения суперконденсаторов в ряде областей, таких, как транспорт, приводы различного назначения, электронные приборы и средства связи и др. Особое внимание уделено использованию суперконденсаторов в авиации и космической технике, в том числе в беспилотных летательных аппаратах.

Ключевые слова

суперконденсатор, ионистор, графен, накопитель энергии, беспилотные летательные аппараты

Библиографический список

  1. Biao Zhang, Qing Bin Zheng, Zhen Dong Huang, Sei Woon Oh and Jang Kyo Kim. SnO2-graphene-carbon nanotube mixture for anode material with improved rate capacities // Carbon. 2011. Vol. 49. No. 13, pp. 4524-4524.

  2. Deng M.J., Chang J.K., Wang C.C., Chen K.W., Lin C.M., Tang M.T., Chen J.M., Lu K.T. High-Performance electrochemical pseudo-capacitor based on MnO2 nanowires/Ni foam as electrode with a novel Li-ion quasi-ionic liquid as electrolyte // Energy & Environmental Science. 2011. Vol. 4, pp. 3942-3946.

  3. Yu Guihua, Hu Liangbing, Liu Nian, Wang Huiliang, Vosgueritchian Michael, Yang Yuan, Cui Yi & Bao Zhenan. Enhancing the Supercapacitor Performance of Graphene/MnO2 Nanostructured Electrodes by Conductive Wrapping // Nano Letters. 2001. Vol. 11. No. 10, pp. 4438-4442.

  4. Салем Р.Р. Теория двойного слоя. — М.: Физматлит, 2003. — 105 с.

  5. Ji Hengxing, Zhao Xin, Qiao Zhenhua, Jung Jeil, Zhu Yanwu, Lu Yalin, Zhang Li, MacDonald A.H. & Ruoff R.S. Capacitance of carbon-based electrical double-layer capacitors // Nature Communications. 2014. Vol. 5. URL: http://www.nature.com/naturecommunications

  6. Huang Jingsong, Sumpter Bobby G., Meunier Vincent. A Universal Model for Nanoporous Carbon Supercapacitors Applicable to Diverse Pore Regimes, Carbon Materials, and Electrolytes // Chemistry. A European Journal. 2008. Vol. 14. No. 22, pp. 6614-6626.

  7. ГОСТ 13144-79. «Методы определения удельной поверхности». — М.: Изд-во стандартов. 1999. URL: http://www.gosthelp.ru/gost/gost14517.html

  8. Pandey G.P., Rastogi A.C. Graphene-based all-solid-state supercapacitor with ionic liquid gel polymer electrolyte // MRS Proceedings. 2012. Vol. 1440. URL: http://www.nanoscalereslett.com/content/8/1/247

  9. Gao Han and Lian Keryn. Proton-conducting polymer electrolytes and their applications in solid supercapacitors: a review // RSC Advances. 2014. Vol. 4, pp. 33091-33113.

  10. Placin F., Desvergne J.-P., and Lassegues J.-C. Organogel electrolytes based on a low molecular weight gelator: 2,3-Bis(n-decyloxy)anthracene // Chemistry Materials. 2001. Vol. 13, pp. 117-121.

  11. Домрачев Г.А., Родыгин Ю.Л., Селивановский Д.А. Механохимически активированное разложение воды в жидкой фазе // Доклады Академии наук. 1993. Т. 329(2). № 2. С. 186-188.

  12. Клосс А.И. Электрон-радикальная диссоциация и механизм активации воды // Доклады Академии наук СССР. 1988. Т. 303. № 6. C. 1403-1406.

  13. Yoo Jung, Balakrishnan K., Huang J., Meunier V., Sumpter B.G., Srivastava A., Conway M., Reddy A.L., Yu Jin, Vajtai R., and Ajayan P.M. Ultrathin planar grapheme supercapacitors // Nano Letters. 2011. Vol. 11. No. 4, pp.1423-1427.

  14. Wang Hailiang, Liang Yongye, Mirfakhrai Tissaphern, Chen Zhuo, Casalongue Hernan Sanchez, Dai Hongjie. Advanced Asymmetrical Supercapacitors Based on Graphene Hybrid Materials // Nano Research. 2011. Vol. 4. Iss.8, pp. 729-736.

  15. Weijiang, Xiaozhong Wu, Jin Zhou, Feifei Guo, Shuping Zhuo, Hongyou Cui and Wei Xing. Reduced graphene oxide aerogel with high-rate supercapacitive performance in aqueous electrolytes // Nanoscale Research Letters. 2013. Vol. 8. No. 247. URL: http://www.nanoscalereslett.com/content/8/1/247.

  16. Молекулярные накопители энергии. Сайт ЗАО НПО «Технокор». URL: http://texnokor.com/mne.php

  17. Сайт ООО ВСКБ «Рикон». URL: http://ricon.su/supercapacitor.html

  18. Черножук Т.В., Дубовицкая В.Ю., Калугин О.Н. Электрическая проводимость и ассоциация Bu4NBPh4 в смесях пропиленкарбоната с 1,2-диметоксиэтаном // Вiсник Харкiвського нацiонального унiверситету. 2009. № 870. Хiмiя. Вып. 17(40). C. 189-193.

  19. Деспотули А.Л., Андреева А.В. Создание новых типов тонкопленочных суперконденсаторов для микросистемной техники и микро(нано)электроники //Микросистемная техника. 2003. № 11. C. 2-10.

  20. Фетисов В.С., Тагиров М.И., Мухаметзянова А.И. Подзарядка электрических беспилотных летательных аппаратов: обзор существующих разработок и перспективных решений // Авиакосмическое приборостроение. 2013. № 11. C.7-26.

  21. Попов В.А., Федутинов Д.В. Развитие направления миниатюрных беспилотных летательных аппаратов за рубежом. 2013. URL: http://www.uav.ru/articles/mav_abroad.pdf

  22. Lukasz Mezyk , Lukasz Boruc, Arkadiusz Kobiera, Jan Kindracki, Karol Seweryn, Tomasz Rybus. Innovative Resistojet Propulsion System Use in Robotic Space Platforms / В кн.: Aerospace Robotics II. Springer International Publishing. Editors: Sasiadek, Jerzy (Ed.), 2015, pp. 49-58.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024