Des chercheurs développent des prototypes de supercondensateurs solaires qui peuvent être utilisés dans les voitures pour produire de l'électricité et stocker l'énergie solaire

Dec 08, 2021

Selon rapports de médias étrangers, les chercheurs ont développé un panneau composite qui peut être utilisé comme cellule photovoltaïque pour utiliser l'énergie solaire (000591, actions) pour produire de l'électricité, et en même temps comme supercondensateur structurel pour stocker l'énergie.

Dans les véhicules électriques avec des batteries rechargeables échangeuses d'ions, ces panneaux peuvent être utilisés pour les structures de carrosserie et former un système de stockage d'énergie hybride (HESS). Par rapport aux véhicules électriques traditionnels, sous un rayonnement solaire de 1 000 W/m 2 , ce type de prototype de panneau composite peut fournir 4,56 % supplémentaires de production d'électricité et d'autonomie de croisière par heure.

Utiliser des supercondensateurs solaires comme panneaux de carrosserie de voiture électrique

Dans les véhicules électriques , à l'aide de systèmes de stockage d'énergie hybrides économiques, plusieurs types de sources d'énergie renouvelables peuvent être intégrés pour améliorer l'efficacité. Parmi eux, par rapport aux piles à combustible et aux piles électrochimiques, les supercondensateurs présentent de nombreux avantages, tels qu'une densité de puissance plus élevée, un temps de charge plus court et une durée de vie plus longue.

Il est courant de utiliser des cellules photovoltaïques sur le toit pour collecter l'énergie solaire. Cependant, utiliser le même équipement pour stocker ce type d'énergie peut changer les règles du jeu dans le domaine des véhicules électriques hybrides. Les super condensateurs solaires (SSC) sont des condensateurs utilisés pour collecter et stocker l'énergie solaire.

Matériaux carbonés sont les matériaux d'électrode les plus couramment utilisés dans les supercondensateurs, et la fibre de carbone (CF) s'est avérée être le meilleur matériau candidat pour les condensateurs électriques à double couche (EDLC). Bénéficiant d'une dimensionnalité, CF a des performances de transport de charge supérieures. En raison du grand nombre de pores à la surface de la fibre, le CF a une capacité d'adsorption élevée pour les ions. Les polymères conducteurs tels que le CF et la résine époxy (ER), ainsi que les oxydes métalliques tels que le ZnO/CuO, peuvent être utilisés comme électrodes SSC hautes performances.

Cette recherche

Les chercheurs pris en sandwich un mince film de papier entre les couches ZnO-ER et CuO-ER pour préparer plusieurs prototypes de panneaux composites à base de SSC avec différentes compositions. La membrane en papier est trempée dans l'électrolyte Na2SO4, qui peut être utilisé comme milieu entre les électrodes CF. De plus, la couche ZnO-ER et la couche CuO-ER sont recouvertes de deux couches de feuilles CF. En présence de photons solaires, l'électrode de type n intégrée CF (ZnO-CF) donne des électrons et l'électrode de type p intégrée CF (CuO-CF) accepte les électrons. Les deux électrodes-ZnO-CF et CuO-CF-, et l'électrolyte Na2SO4 forment un supercondensateur électrique à double couche.

CuO peut favoriser le transfert d'électrons à la surface des nanostructures de ZnO en raison de sa grande surface et de sa forte activité catalytique, et il favorise également le processus de réaction. Par conséquent, la synthèse de matériaux d'électrode composites à base de ZnO/CuO permet de raccourcir le temps de charge.

Le polymère conducteur ER rend la nanostructure de ZnO/CuO plus compacte, donc le temps de stockage de charge est plus long et ne se déchargera pas trop vite comme les condensateurs traditionnels. À l'aide de polymères conducteurs, ces panneaux peuvent également utiliser l'énergie solaire pour la convertir en énergie électrique.

Résultats des observations

L'équipe de recherche ont constaté que lorsque la teneur en ZnO/CuO augmentait, la conductivité de l'échantillon SSC augmentait. De plus, l'échantillon avec du papier de 20 g/m² imbibé d'électrolyte Na2SO4 a une capacité plus élevée que l'échantillon avec du papier isolant ordinaire. Cependant, la conductivité de l'électrode CF synthétisée avec le RE ordinaire est réduite. En augmentant les effets des excitons dans les points quantiques et les bandes interdites d'énergie, des effets optiques spéciaux sont générés pour favoriser le transport et la collecte des électrons et améliorer l'efficacité de la SSC organique.

Des performances différentes les tests montrent que l'efficacité de conversion d'énergie de l'échantillon optimisé est de 17,78 %, la tension en circuit ouvert est de 0,79 mV, la densité de courant est de 222,22 A/m2, la capacité est de 11,17 F/cm2, la densité d'énergie est de 120 Wh/kg, et la densité de puissance est de 29 kW. /kg.

Dans le cas de d'éclairement solaire de 1 000 W/m 2 , un SSC entièrement chargé peut fournir 4,56 % supplémentaires de production d'électricité et d'autonomie de croisière par heure pour les véhicules électriques traditionnels. Sous la même puissance de sortie, SSC peut réduire la taille de la batterie des véhicules électriques (modèle 3) de 10 % et réduire le poids de 7,5 %.

en conclusion

Des chercheurs ont développé un panneau prototype SSC optimisé pour le véhicule électrique HEES, qui peut utiliser et stocker l'énergie solaire. Le système de stockage d'énergie à panneaux présente une variété de caractéristiques fonctionnelles, telles que la réduction du poids, le stockage d'énergie/l'approvisionnement à la demande, et en tant qu'isolant pour protéger le corps de la chaleur externe. Les électrodes de ces SSC sont constituées de CF, de polymères conducteurs et d'oxydes métalliques tels que ZnO et CuO.

Des exemples de données montrent que ce type de HEES peut répondre aux besoins en puissance et en énergie des véhicules électriques et de leurs charges accessoires, ainsi que répartir avec précision la puissance entre plusieurs systèmes de stockage. Ces SSC contribuent à améliorer la durabilité, la rentabilité et l'efficacité énergétique de l'industrie des véhicules électriques.

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