В Троицком технопарке ФИАН разработано принципиально новое устройство — фотоэлектрохимический суперконденсатор, с помощью которого осуществляется прямое преобразование солнечной световой энергии в электрическую и непосредственное накопление в электродах устройства. Устройство предназначено для коммерческого производства.

Работа выполнялась в рамках программ фундаментальных исследований, проводимых ФИАНом на базе Технопарка в г. Троицк. Основной целью НИОКР являлась разработка конструкции и исследование характеристик основных компонентов солнечных PES-конденсаторов (Photoelectrochemical Supercapacitor) различного назначения.

Удельная разрядная энергия целевых PES-конденсаторов, предназначенных для коммерческого использования, должна быть не менее 12 Вт∙ч/кг (Wh/kg) при 12-часовом заряде солнечным излучением АМ1,5 с пиковой мощностью 1000 Вт/м2 (W/m2) и разряде с постоянной удельной мощностью 0,9 Вт/кг (W/kg). Циклический ресурс, срок службы и энергетическая эффективность PES-конденсаторов должны быть не менее 7000 циклов, 15 лет и 10%, соответственно.

В рамках НИОКР были определены основные принципы действия и разработана конструкция солнечного PES-конденсатора, включающего в себя: фотоэлектрод, положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор и электролит.

Конструкция и принцип работы PES-конленсатора

Разработанный солнечный PES-конденсатор обеспечивает прямое преобразование солнечной световой энергии в электрическую. Процесс преобразования энергии осуществляется в фотоэлектроде, изготавливаемом на основе различных полупроводниковых материалов. Генерируемые фотоэлектродом электроны переносятся и накапливаются в двойном электрическом слое EDL (Electric Double Layer) отрицательного электрода, изготовленного на основе нанопористого углеродного материала (NPC), а дырки накапливаются в положительном электроде PES-конденсатора. Такая конструкция PES-конденсатора позволяет проводить заряд его накопителя солнечной энергией с минимальными её потерями и разряд конденсатора с различными профилями мощности.

Временны′е зависимости напряжения (а) и заряд/разрядных токов (b) солнечного PES-конденсатора с электрической емкостью 20kF, при заряде солнечным излучением АМ1 с удельной пиковой мощностью 100 mW/cm2 и разряде постоянной мощностью 0,8 W

В рамках упомянутого проекта специалистами Технопарка ФИАН проводились целенаправленные теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных свойств и параметров основных компонентов и узлов PES-конденсаторов. Созданы и исследованы различные модели, изготовлены и тестированы важные параметры ключевых компонентов PES-конденсаторов. Результаты проведённых исследований показали практическую возможность создания технологии коммерческих PES-конденсаторов различного назначения.

В процессе исследования были разработаны новые способы синтеза перспективных NPC-материалов из дешёвого и доступного полимерного сырья с высокой удельной электрической ёмкостью и низким удельным электрическим сопротивлением. Разработанная технология синтеза NPC-материалов может быть успешно использована для производства PES-конденсаторов различного применения с водным и органическим электролитом, а также современных электрохимических конденсаторов.

Новым (безактивационным) способом синтезирован NPC-материал и исследованы его характеристики при удельной площади поверхности 682 м2/г (m2/g) и удельной электрической ёмкости 750 Ф/г (F/g).

Было доказано, что путём оптимизации параметров пористой структуры и улучшения технологических режимов синтеза NPC-материалов можно увеличить величину удельной электрической ёмкости материалов до 1600 Ф/г (F/g), что важно для их широкого практического применения.

По словам руководителя группы разработчиков, руководителя Отдела Гелиоэнергетики, к.ф-м.н. С.А. Казаряна:

«Сделан важный вывод о том, что специальный и управляемый процесс образования пористой пространственной структуры, с необходимыми размерами пор, физическими, электронными, электрохимическими параметрами стенок пор и заданным распределением пор по размерам, может быть реализован при помощи дополнительной физической и/или химической активации NPC-материалов, а также введением в состав исходного сырья специального порообразователя и легирующих примесей».

Разработанные в Технопарке ФИАН солнечные PES-конденсаторы найдут практическое применение в автономных солнечных электростанциях, в сетях электроснабжения транспортных магистралей, городских улиц, госучреждений и строений жилого сектора.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»


  • 0
    Zveruga Zveruga
    28.05.1520:38:55

    А теперь нужно приделать фотодиоды с другой стороны светящие в красном диапазоне (так для растений лучше) и ставить в качестве осветителей в теплицы. Пусть они днём свет запасают, а ночью светят растениям.

    • 0
      rvk rvk
      29.05.1507:39:10

      Пусть они днём свет запасают, а ночью светят растениям.

      Зачем ночью светить растениям?    

      • 1
        tm tm
        29.05.1515:00:59

        Досвечивать в период короткого светового дня.

    • 1
      ddhome.livejournal.com ddhome
      29.05.1509:03:38

      Плохая идея.

      Обычное дыхание растениям тоже нужно. В природе все сбалансировано. Если оставить только фотосинтез растение погибнет.

      • 0
        Zveruga Zveruga
        29.05.1510:53:19

        Не знал.

      • 0
        Izon Izon
        29.05.1514:17:37

        Вы думаете, растения дышат только в темноте?

        Отредактировано: Izon~15:18 29.05.15
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,