Superkondensatory – nowoczesna metoda magazynowania energii elektrycznej

Nierównomierna produkcja energii, w zależności od zmieniającego się zapotrzebowania, jest jednym z głównych wyzwań współczesnej energetyki zarówno na poziomie lokalnym, jak i ogólnokrajowym. Aby sobie z nim radzić, stosuje się różne rozwiązania, które mają jednocześnie stabilizować sieci elektroenergetyczne i maksymalnie wykorzystywać energię pochodzącą z odnawialnych źródeł. Jednym z nich są magazyny energii elektrycznej. W ostatnich latach technologia ta rozwija się bardzo dynamicznie, a w przyszłości coraz większą rolę mogą odgrywać superkondensatory.

Magazynowanie energii elektrycznej

Produkcja energii ma charakter fluktuacyjny. To oznacza, że nie ma możliwości wykorzystywania jej wyłącznie na bieżące potrzeby zasilania urządzeń. Jednym ze sposobów radzenia sobie z taką sytuacją jest tzw. odprowadzanie nadwyżek energii do sieci. Elektroenergetyczna linia kablowa odbiera i przesyła energię z GPO, a następnie wprowadzana ją do systemu dystrybucyjnego energii elektrycznej. Istnieją jednak inne rozwiązania, które pozwalają zarządzać produkcją i zużyciem energii bez konieczności podłączania do sieci. Jednym z nich jest magazynowanie energii elektrycznej.

Magazynowanie (przechowywanie w celu późniejszego wykorzystania) energii elektrycznej pozwala efektywnie zagospodarować nadwyżkę energii, jednocześnie przynosząc szereg korzyści, np. większe bezpieczeństwo i niezależność energetyczną, oszczędność finansową, pozytywny wpływ na środowisko, a także stabilizację napięcia w sieci elektroenergetycznej.

Nowoczesne metody magazynowania energii

Tradycyjnym rozwiązaniem stosowanym w procesie magazynowania energii są akumulatory, spośród których najpopularniejsze pozostają baterie litowo-jonowe (Li-ion). Charakteryzują się one wieloma zaletami, takimi jak wysoka sprawność czy duża gęstość energii. Niestety mają również istotne wady, m.in. stopniowe zużywanie się ogniw oraz problemy związane z ich późniejszym składowaniem. Z tego powodu nieustannie rozwijane są nowe technologie magazynowania energii, które mają na celu ograniczenie mankamentów dotychczas stosowanych rozwiązań. Jedną z nich są superkondensatory.

Superkondensatory to kondensatory elektrolityczne o pojemności, która znacznie przewyższa tradycyjne kondensatory. Wyróżniają się między innymi wysoką trwałością, bardzo dużą sprawnością oraz błyskawicznym czasem ładowania i rozładowania. W przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych nie wykorzystują reakcji chemicznych do uwolnienia energii, lecz magazynują ładunek elektryczny w podwójnej warstwie elektrycznej, zwanej podwójną warstwą Helmholtza. Ponadto superkondensatory mogą pracować w szerszym zakresie temperatur otoczenia niż tradycyjne akumulatory.

Zastosowanie i przyszłość superkondensatorów

Do wad superkondensatorów zalicza się m.in. niską gęstość energetyczną, czyli niewielką ilość zgromadzonej energii w przeliczeniu na jednostkę masy urządzenia. Z tego powodu superkondensatory często stosuje się jako uzupełnienie innych rozwiązań, tworząc razem hybrydowe systemy energetyczne. W takich technologiach ogniwa akumulatorowe odpowiadają za dostarczanie energii podczas normalnej pracy urządzenia, natomiast superkondensatory są wykorzystywane w sytuacjach nagłego, skokowego wzrostu zapotrzebowania na moc.

Obserwując rozwój technologii magazynowania energii można jednak przypuszczać, że z czasem superkondensatory mogą stanowić przyszłość magazynowania energii. Naukowcy na całym świecie dostrzegają ich potencjał i prowadzą intensywne badania nad rozwojem tej technologii. Wśród opracowanych rozwiązań szczególnie wyróżniają się superkondensatory grafenowe. Materiał grafenowy zwiększa ich gęstość energetyczną, ograniczając tym samym jedną z głównych wad tradycyjnych superkondensatorów, czyli niską gęstość energetyczną. Dzięki temu superkondensatory przyszłości będą mogły być lżejsze i bardziej kompaktowe, a to z kolei zwiększa szanse na przemysłowe i komercyjne wdrożenie tego rozwiązania na dużą skalę.