Накопичувач електричної енергіїв основному включає накопичення енергії в суперконденсаторах і накопичувачі надпровідної енергії. Перший зберігає електричну енергію в електричному полі, тоді як другий зберігає електричну енергію в магнітному полі. Накопичувач електроенергії має значні переваги щодо щільності потужності та тривалості циклу, може зменшити вплив миттєвих відключень електроенергії, придушити низько{2}}коливання потужності в мережі та покращити характеристики напруги та частоти.
Суперконденсаторний накопичувач енергії
Суперконденсатори, також відомі як електрохімічні конденсатори, є накопичувачами енергії, які накопичують енергію шляхом накопичення заряду на поверхні електрода. Їхній механізм накопичення енергії відрізняється від традиційних батарей; вони накопичують енергію через заряд, утворений подвійним шаром на межі електрода-електроліту. Суперконденсатори мають надзвичайно високу щільність потужності, над-довгий термін служби та швидку зарядку-розряду, тому знаходять широке застосування в електромобілях, системах рекуперативного гальмування, резервних джерелах живлення та регулюванні частоти мережі. Однак щільність енергії суперконденсаторів відносно низька, набагато нижча, ніж у літій-іонних акумуляторів, що робить їх придатними для застосувань, які вимагають короткочасної-високої-потужності. У майбутньому, з прогресом у матеріалознавстві, очікується, що щільність енергії суперконденсаторів буде ще більше зростати, розширюючи таким чином їх застосування на ринку зберігання енергії.
Суперконденсатори можна розділити на три категорії: електричні двошарові-шарові конденсатори, конденсатори Фарадея та гібридні суперконденсатори. Електричні подвійні -шарові конденсатори використовують вуглецеві матеріали як електроди, де розділення зарядів відбувається на межі твердого тіла-рідини, утвореної контактом з електролітом, утворюючи структуру подвійного електричного-шару. Ці конденсатори піддаються процесам фізичної адсорбції та десорбції заряду під час заряджання та розряджання. Хоча електричні подвійні -шарові конденсатори мають високу щільність потужності та тривалий термін служби, їхня щільність енергії є відносно низькою. В даний час ці пристрої отримали комерційне застосування.
Конденсатори Фарадея використовують оксиди металів або провідні полімери як електродні матеріали, де адсорбційна ємність формується в результаті окислювально-відновних реакцій на поверхні та неглибоких областях цих матеріалів. Принцип дії цього типу конденсатора схожий на процес реакції в акумуляторі; враховуючи подібні площі поверхні електродів, він може забезпечити в кілька разів більшу ємність, ніж електричний подвійний -шаровий конденсатор. Однак, з точки зору характеристик потужності для миттєвого високого -струму розряду та тривалості циклу, конденсатори Фарадея не працюють так добре, як електричні подвійні{4}}шарові конденсатори. Крім того, конденсатори Фарадея також стикаються з такими проблемами, як високі витрати на виробництво та технологія, яка ще не повністю розроблена.
Гібридні суперконденсатори відомі своєю високою щільністю енергії та тривалим терміном служби. Хоча зараз вони перебувають на ранніх стадіях комерціалізації, вони мають величезний потенціал розвитку в майбутньому.
Надпровідний накопичувач енергії
Надпровідне накопичення енергії – це технологія зберігання електромагнітної енергії, яка використовує надпровідники для накопичення електричної енергії у-стані без опору. Його принцип роботи передбачає створення сильного магнітного поля через постійний струм у надпровідній котушці, таким чином накопичуючи енергію та вивільняючи її через розряд струму, коли це необхідно. Оскільки надпровідники не мають опору при низьких температурах, надпровідні системи зберігання енергії можуть досягти надзвичайно високої ефективності заряду та розряду практично без втрати енергії. Крім того, надпровідний накопичувач енергії має надзвичайно швидкий час відгуку, досягаючи заряду та розряду за мілісекунди, що робить його придатним для миттєвого регулювання напруги та контролю частоти в енергосистемах. Однак вартість надпровідних систем накопичення енергії висока, в основному обмежена розвитком надпровідних матеріалів і кріогенних технологій охолодження. Таким чином, поточні програми здебільшого зосереджені в спеціальних галузях, які вимагають високої-потужності та короткочасного-накопичування енергії, таких як стабільність мережі та військове обладнання.
Поширені надпровідні матеріали включають низько{0}}температурні надпровідники, такі як Nb-Ti і Nb3Sn, і високотемпературні-надпровідники, такі як ітрій-барій-мідний оксид (YBCO) і вісмут-стронцій-кальцій-мідний оксид (BSCCO). Високотемпературні-надпровідники мають вищі критичні температури, ніж низько-температурні надпровідники, що зменшує потреби в охолодженні та робить надпровідні системи зберігання енергії практичнішими та економнішими.