اخبار
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی
تیر
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی
سیستم‌های ذخیره و تبدیل انرژی الکتروشیمیایی عبارت‌اند از باتری‌ها، سلول‌های سوختی و خازن‌های الکتروشیمیایی. اگرچه مکانیزم ذخیره و تبدیل انرژی در این سیستم‌ها متفاوت از یکدیگر است اما از نقطه نظر الکتروشیمیایی شباهت‌هایی میان آن‌ها وجود دارد. به‌عنوان‌مثال، در تمامی این سیستم‌ها فرایندهای تأمین انرژی در فاز مرزی فصل مشترک الکترود/الکترولیت رخ داده و انتقال الکترون‌ها و یون‌ها، جدای از یکدیگر است. مکانیزم پایهای عملکرد هر یک از این سیستم‌ها در شکل 1 نشان داده‌شده است. همان‌طور که مشخص است، هر سه سیستم مشتمل بر دو الکترود مرتبط با یک محلول الکترولیت میباشند.
در سیستم‌های ذخیره و
تبدیل انرژی، عبارات «انرژی ویژه[1]»
(با واحد وات ساعت بر کیلوگرم Wh/kg) و
«دانسیتهی انرژی[2]»
(با واحد وات ساعت بر لیتر Wh/L) به‌منظور
بیان ظرفیت انرژی یک سیستم استفاده میشود درحالی‌که توانایی در سرعت[3]
با «توان ویژه[4]»
(با واحد وات بر کیلوگرم W/kg) و «دانسیتهی توان[5]»
(با واحد وات بر لیتر W/L) بیان میشود. این مشخصهها به‌طور
دلخواه به شکل وزنی (بر واحد کیلوگرم) و یا حجمی (بر واحد لیتر) مورد استفاده میباشند.
به‌منظور مقایسهی توانایی سیستم‌های مختلف از نقطه نظر توان و انرژی، نموداری تحت
عنوان نمودار راگون توسعه یافته است. یک نمودار سادهی راگون شکل
2، نشان‌دهنده‌ی آن است که سلول‌های سوختی از جمله
سیستم‌هایی با انرژی بالا محسوب می‌شوند درحالی‌که ابرخازن‌ها به‌عنوان سیستم‌هایی
با توان بالا شناخته شدهاند. همچنین در این نمودار مشخص است که باتری‌ها از توان
و انرژی حد میانهای برخوردار بوده و هم‌پوشانی‌هایی ازنظر انرژی و توان بین ابرخازن‌ها
و سلول‌های سوختی با باتری وجود دارد. در حقیقت باتری‌ها با الکترودهایی به شکل فیلم‌های
نازک مشخصههای توانی مشابهی با ابرخازن‌ها از خود نشان دادهاند. علاوه بر این، گزارش‌هایی
مبنی بر توسعهی سیستم‌های هیبریدی مانند باتری‌های فلز/هوا (به‌عبارت‌دیگر، سلول‌های
سوختی فلز/هوا) در مراجع قابل یافت بوده که ساختارشان مشتمل بر یک الکترود باتری
(آند فلزی) و یک الکترود سلول سوختی (کاتد هوا) است. شکل 2-2 این مسئله را نیز به
خوبی نشان میدهد که هیچ‌یک از منابع توان الکتروشیمیایی به‌تنهایی قادر به
برآورده کردن مشخصههای موتورهای درونسوز نیست. بدین ترتیب، توان و انرژی بالا و
درنتیجه توانایی رقابت با موتورهای درونسوز تنها با ترکیب سیستم‌های
الکتروشیمیاییِ موجود قابل‌دستیابی است. در چنین سامانهی هیبریدی، باتری‌ها و یا
ابرخازن‌ها مسئولیت تأمین توان بالا را به عهده داشته و سلول‌های سوختی انرژی بالا
را فراهم خواهند کرد.
| ردیف | پارامترها | ابرخازن‌ها | پیل‌های سوختی | باتری‌ها | خازن‌ها |
| 1 | زمان شارژ/دشارژ | 1 ms -1 s | کاربرد ندارد | 10-1 ساعت | ms 1- ps1 |
| 2 | چرخه عمر | بیش از 1 میلیون | کاربرد ندارد | 2000-150 | بیش از 1 میلیون |
| 3 | دانسیته انرژی (Wh/kg) | 20-5/0 | 2000-500 | 265-30 | 3/0-01/0 |
| 4 | دانسیته توان (W/kg) | 10000-5000 | 1000-1 | 3000-100 | >5000 |
| 5 | هزینه به ازای Wh | 20-10 | 05/0-035/0 | 2-1 | 1-1/0 |
| 6 | پنجره پتانسیل (V) | 5/4-1 | 7/0-6/0 | 2/4-2/1 | 800-6 |
| 7 | محدوده دمایی (C) | 85 تا 40- | 1000 تا 50 | 65 تا 20- | 100 تا 20- |
جدول 1جزییات اختلاف عملکرد را برای باتری‌ها، خازن‌ها، ابرخازن‌ها و سلول‌های سوختی نشان میدهد. با وجود مزایای فنی مثل سرعت شارژ-دشارژ سریع، چرخهی عمر طولانیتر، دانسیتهی توان بالاتر، وزن و سمیت کمتر، یک مانع مهم کاربرد ابرخازن‌ها قیمت بالای آن‌هاست. برای رسیدن به عملکرد بالاتر، محققان در حال بررسی الکترولیت‌های جدید هستند به‌منظور بهبود محدوده ولتاژ عملکرد، لایه دیالکتریک جدید با تخلخل بهتر، ضخامت کمتر و نفوذپذیری بیشتر و مواد رسانا با مساحت سطح بزرگ‌تر که نیاز به روش تهیه ساده یا حتی تک‌مرحله‌ای داشته باشند.
[1] Specific energy
[2] Energy density
[3] Rate capability
[4] Specific Power
[5] Power Density
