CC BY
5УДК 621.355.9 Петров М.А., Шимарова А.М., Пионтковская С.А.
Петров М.А.
студент 2 курса Институт автоматики и электронного приборостроения Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)
Шимарова А.М.
студент 2 курса Институт автоматики и электронного приборостроения Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)
Научный руководитель: Пионтковская С.А.
кандидат технических наук, доцент кафедры электрооборудования Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ
Аннотация: данная статья представляет обзор современных методов хранения электроэнергии. Будут рассмотрены различные технологии, такие как литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы, водородные топливные элементы, тепловые и теплохимические системы. Анализируются основные принципы работы, преимущества и недостатки каждой технологии, а также их потенциал в будущем развитии энергетики.
Ключевые слова: свинцово-кислотные аккумуляторы, электроэнергия, литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы, аккумуляторы.
Введение.
Проблема хранения электроэнергии играет огромную роль в современном энергетическом секторе по нескольким причинам, таким как: обеспечение стабильности энергосистемы, эффективное использование возобновляемой энергии, экономия расходов на инфраструктуру.
Стабильность энергосистемы обеспечивается за счет хранения избыточной энергии в периоды, когда генерация превышает потребление, которая позволяет уровнять сезонные и временные колебания нагрузки.
Экономия расходов на инфраструктуру достигается уменьшением потребности в строительстве дополнительных генерационных мощностей, что в конечном итоге может снизить затраты на энергосистему.
Основная часть.
Обзор существующих технологий хранения электроэнергии.
1. Аккумуляторные технологии.
1.1 Свинцово-кислотные аккумуляторы.
Свинцово-кислотные аккумуляторы (или кислотно-свинцовые аккумуляторы) — это широко используемый тип аккумуляторов, который имеет следующие характеристики:
• Высокий уровень безопасности и надежности.
• Относительно невысокая стоимость.
• Доступны в различных размерах и конфигурациях.
• Обычно имеют напряжение около 2 Вольт.
К их преимуществам можно отнести следующие пункты:
• Надежные и долговечные.
• Высокая способность к саморазряду.
• Широко применяются в автомобильной промышленности, в солнечных системах, телекоммуникационных устройствах и др.
Их недостатки отражаются в следующих параметрах:
• Относительно невысокая энергетическая плотность.
• Требуют регулярного обслуживания и поддержания оптимального уровня электролита.
• Неэкологичные из-за наличия свинца и кислоты.
Данный вид аккумуляторов широко распространен в следующих отраслях:
• Автомобильная промышленность для запуска двигателей и питания электрооборудования.
• Системы резервного питания, такие как телефонные станции и компьютерные центры.
• В солнечных и ветровых системах как резервное питание.
Эти аккумуляторы обладают некоторыми ограничениями, но продолжают оставаться популярным и широко применяемым решением благодаря своей надежности и доступности.
1.2 Литий-ионные аккумуляторы.
Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) — это современный и популярный тип аккумуляторов с такими характеристиками:
• Высокая энергетическая плотность, что означает больше энергии на килограмм по сравнению с другими типами аккумуляторов.
• Длительный срок службы и маленькая потеря емкости после зарядки и разрядки.
• Быстрая зарядка и высокий уровень разряда.
• Доступны в различных конфигурациях и размерах.
Неоспоримыми преимуществами данного вида аккумуляторов являются:
• Высокая энергетическая плотность и эффективность.
• Маленький вес и компактные размеры.
• Нет необходимости в обслуживании и поддержании уровня электролита.
Также этот вид аккумуляторов не лишен недостатков:
• Более высокая стоимость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.
• Ограниченный срок службы, который может быть снижен при высоких температурах или частых циклах зарядки/разрядки.
• Более высокая тепловая чувствительность и риск возгорания при несоблюдении правил использования.
Литий-ионным аккумуляторам нашли применение в следующих отраслях:
• В портативной электронике, такой как смартфоны, ноутбуки и планшеты.
• В электрических автомобилях и гибридных транспортных средствах.
• В хранении электроэнергии из возобновляемых источников.
Литий-ионные аккумуляторы широко применяются благодаря своим
выдающимся техническим характеристикам, но требуют особого внимания в использовании и утилизации для обеспечения безопасности и экологичности.
2. Суперконденсаторы.
2.1 Принцип работы и преимущества по сравнению с аккумуляторами.
Суперконденсаторы называют еще ионисторами. Эти элементы состоят обычно из двух погруженных в электролит электродов и сепаратора. Последний нужен для того, чтобы не допустить перемещение заряда между двумя электродами с противоположной полярностью.
Их энергия хранится в виде электрического поля, что позволяет им обладать высокой плотностью энергии и высокой скоростью зарядки/разрядки.
Они не используют химические реакции, как аккумуляторы, что обеспечивает им большую долговечность и быстроту реакции.
Преимущества по сравнению с аккумуляторами:
• Высокая энергетическая плотность и мощность, позволяющая им способствовать быстрой зарядке и разрядке.
• Более долгий срок службы (количество циклов зарядки/разрядки).
• Меньший размер и вес, что делает их идеальными для применения в электронике и технике.
• Широкий температурный диапазон работы.
Суперконденсаторы эффективно сочетают в себе преимущества аккумуляторов и конденсаторов, обеспечивая высокую производительность, долговечность и экономичность в использовании.
Заключение.
В заключении научного обзора были сделаны следующий вывод об использовании различных видах хранения электроэнергии.
Свинцово-кислотные аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы представляют различные технологии хранения энергии с уникальными характеристиками и преимуществами. При выборе технологии хранения энергии необходимо учитывать требования конкретного применения, баланс между производительностью, стоимостью и экологическим воздействием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Козадеров, О. А. Современные химические источники тока: учебное пособие / 3-е изд., испр. URL: https://elanbook.com/book/212777;
2. Tomanek, D. Structural rigidity and low frequency vibrational modes of long carbon tubeles / G. Overney, W. Zhong, and D. Tomanek. - Текст: электронный. // Журнал Zeitschrift für Physik D. - 1993. - № 27. - С. 93-96. - URL: https: //w. researchgate. net/publication/256334872_Structural_Rigidity_and_low-frequency_vibrational-modes_of_long_carbon_tubules;
3. Яковлев, В. Ф. Современные зарядные и пусковые устройства для автомобилей: учебное пособие для вузов / 2-е изд., стер. URL: https://elanbook.com/book/152659
Petrov M.A., Shimarova A.M., Piontkovskaya S.A.
Petrov M.A.
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(Kazan, Russia)
Shimarova A.M.
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(Kazan, Russia)
Scientific advisor: Piontkovskaya S.A.
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(Kazan, Russia)
OVERVIEW OF EXISTING ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES USING EXAMPLE OF RECHARGEABLE BATTERIES AND SUPERCAPACITORS
Abstract: article provides an overview of modern methods of electricity storage. Various technologies such as lithium-ion batteries, supercapacitors, hydrogen fuel cells, thermal and thermochemical systems will be considered. The basic principles of operation, advantages and disadvantages of each technology, as well as their potential in the future development of energy are analyzed.
Keywords: lead-acid batteries, electric power, lithium-ion batteries, supercapacitors, batteries.
