1 Объединенный Институт Высоких Температур РАН Доктор техн. наук Деньщиков К.К. СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ: ТЕОРИЯ, ТЕХНИКА, ПРИМЕНЕНИЯ

2 Теория двойного электрического слоя Основные положения теории Предельные характеристики суперконденсаторов Направление развития теории Активная масса суперконденсатора Высокодисперсные углеродные материалы Электролиты Новый электролит – ионная жидкость Исследования электролитов и активной массы Оптимизация компонентов активной массы Направления дальнейших исследований Техника суперконденсаторов Устройство наборных суперконденсаторов Новые суперконденсаторы ОИВТ РАН Направления дальнейших разработок Применения суперконденсаторов Гибридные мобильные автотранспортные системы Гибридные мобильные железнодорожные системы Гибридные стационарные системы СОДЕРЖАНИЕ

СТРОЕНИЕ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ d E0E0 ψ d E0E0 ψ d E0E d1d1 E0E0 ψ1ψ1 d2d2 ψ0ψ0 Гельмгольц Гуи – Чепмен Штерн Грэм C=εε 0 /d d= εε 0 /qE ТВЕРДАЯ ФАЗА ЖИДКАЯ ФАЗА

4 РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ ПЛОЩАДЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОЕВ УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ НАКОПЛЕНИЕ АНОМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЭНЕРГИИ НА УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ

5 ИОНОПРОВОДЯЩИЙ СЕПАРАТОР АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ ЭЛЕКТРОЛИТ ТОКОСЪЕМНИК СУПЕРКОНДЕНСАТОР С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ CaCa CkCk R el Ra RKRK K. Denshchikov, Nova Elektrotechnika, #2 (18), p. 31, Poland, 2005

6 A. Lewandowski, M. Galinski // Journal of Power Sources, V.173, P. 822–828. Размер графеновой плоскости 1 см x 1 см Расстояние между плоскостями 0,335 nm Плотность материала графена ρ=2,267g/см 3 Объем ячейки V=3,35·10 -8 см 3 m электрода = ρ * V = 7,59·10 -8 S = S / m = 2 / 7.59·10 -8 = 2500 m 2 /g ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДА УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДА

7 УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ СИСТЕМЫ УГЛЕРОД - ЭЛЕКТРОЛИТ Водный электролит (U= 1,2v) С дс = 29,7 [μF / см 2 ] Органический электролит (U= 2,5v) С дс = 17,0 [μF / см 2 ] Ионные жидкости (U=3,5v) С дс = 10,0 [μF / см 2 ] ТЕТРАЭТИЛАММОНИЙ МЕТИЛБУТИЛИМИДАЗОЛИЙ ТЕТРАФТОРБОРАТ АЦЕТОНИТРИЛ ТЕТРАФТОРБОРАТ ПРОПИЛЕНКАРБОНАТ Денщиков К.К. Сборник тезисов докладов, стр , 2011, ОИВТ РАН

8 ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ Элементарный суперконденсатор Две графеновых плоскости 1x1cm Толщина электролита см Вес активной массы 2,52*10 -7 g ТИП ЭЛЕКТРОЛИТА НАПРЯЖЕНИЕ РАЗЛОЖЕНИЯ УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬУДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ Водные 1,2v29,7 [ μF / см 2 ]12,3 [Wh / kg ] Органические 2,5v17,0 [ μF / см 2 ]29,3 [Wh / kg Ионные жидкости 3,5v10,0 [ μF / см 2 ]33,7 [Wh / kg ] 0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05, Ионные жидкости Органические электролиты Водные электролиты E, Втч/кг U, В Денщиков К.К. Сборник тезисов докладов, стр , 2011, ОИВТ РАН

9 ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ МОЩНОСТИ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ P ск = U 2 / 4 R эл-лит R эл-лит = 1,25 * Оm P ск = 0,3 * 10 4 kW P ск = P ск /2 m = 0,12 * kW/g Элементарный суперконденсатор Две графеновых плоскости 1x1cm Толщина электролита cm Электропроводность электролита 0,8 S/см Вес активной массы 2,52*10 -7 g Денщиков К.К. Сборник тезисов докладов, стр , 2011, ОИВТ РАН

10 J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P.L. Taberna and P. Simon, Science 313, (2006) ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА АНОМАЛЬНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ ЕМКОСТИ ПРИ СОГЛАСОВАНИИ РАЗМЕРОВ ПОР И ИОНОВ ЭЛЕКТРОЛИТА ТЕОРИЯ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ

11 Denshchikov K., ISEECAP07, Roma, Italy, P. Huang, R. Lin, C. Largeot, P.L. J. Chmiola, Y. Gogotsi, P. Simon, ISEECAP09 Nantes, France, 2009, ТЕОРИЯ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ ОБЪЕМНОГО ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ ДЛЯ МИКРОПОР

12 Типугля Vмик, см 3 /г Vмез см 3 /г S, м 2 /г A0.120,25190 B0.170,16310 C0.380, D0.380, E0.330, НАНОСТРУКТУРНЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ МАТЕРИАЛЫ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ Окисление в жидкой фазе Окисление в газовой фазе Тепловая обработка в инертной среде N 2 Обработка с помощью фуллеренов Облучение холодной плазмой на воздухе и в аргоне Методы модификации поверхностных групп Структура пористости Метод шаблонной карбонизации Используемые активные поры Ультрамикро - < 0,7 нм Микро - 0,7 – 2 нм Мезо - 2 – 10 нм Макро - > 10 нм

13ЭЛЕКТРОЛИТЫ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ Тетраэтиламмоний тетрафторборат Ацетонитрил Пропиленкарбонат ВОДНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ Проводимость: 0,8 S/см Напряжение разложения: 1,2 в ОРГАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ Проводимость: 0,02 S/см Напряжение разложения: 2,5 в

14 ИОННОЙ ЖИДКОСТИ 1-МЕТИЛ-3-БУТИЛ ИМИДАЗОЛИЙ ТЕТРАФТОРБОРАТ Aгрегатное состояние Вязкая жидкость pH5 (20°C) Т пл, о С U разл,V4.0 – 6.1 χ, м См/см 1,73 – 3,5 ρ, г/см 3 1,20 Непожароопасна Невзрывоопасна Не опасна для окружающей среды Не вызывает раздражение Нетоксична К.К Деньщиков, М. Ю. Измайлова. Альтернативная энергетика и экология, 11, 2009,С

15 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ИОННОЙ ЖИДКОСТИ ИОННОЙ ЖИДКОСТИ К.К. Деньщиков, М.Ю. Измайлова, А.Ю. Рычагов, Ю.М. Вольфкович, Е.И. Лозинская, А.С. Шаплов, Электрохимия, 8, 2009,С

16 ОКНО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОКНО Вольтамперные характеристики. Электродный материал изотропный пироуглерод. Электролит:1-Me-3BuIm BF 4. Электрохимическое окно 4,48 В К.К. Деньщиков, М.Ю. Измайлова, А.Ю. Рычагов, Ю.М. Вольфкович, Е.И. Лозинская, А.С. Шаплов, Электрохимия, 8, 2009,С

17 ОПТИМИЗАЦИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ КОНКРЕТНОГО ТИПА ЭЛЕКТРОЛИТА S = [2 (W 01 ) / (W 01 +1/p) H] = const H = 10,8 b 2/3 E -2/3 E 0 – E =bE 0 W = W 01 exp[- (A / E 01 ) 2 + W 02 exp[- (A / E 02 ) 2 ] где S [см 2 /г] - удельная поверхность пор W [см 3 /г] - общий объем пор W 01, W 02 [см 3 /г] - объем микро и мезо пор H [ нм ] - ширина пор p [г/см] - плотность углеродного материала E [к Дж/моль] – характеристическая энергия адсорбции E 01, E 02 [ к Дж/моль] - характеристическая энергия адсорбции бензола b – коэффициент подобия адсорбтива и бензола A [ к Дж ] – дифференциальная мольная работа адсорбции Деньщиков К.К.,, Роснанофорум, Сборник тезисов докладов, c. 482, 2008

НОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КАТОДНОГО И АНОДНОГО ПОТЕНЦИАЛОВ СУПЕКОНДЕНСАТОРА. C dl- = 83.88F/g C dl+ = 83.88F/g C dl- = 56.62F/g C dl+ = F/g Электрохимическое окно Асимметричная ячейка K.Denshchkov, A.Zhuk, M. Izmaylova, INRETS, Paris, France, 2008

19 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОКНО ИОННОЙ ЖИДКОСТИ BuMeImBF 4 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРОДАХ ЭлектродAнодная область [В] Катодная область [В] Электрохимическое окно [В] СКТ-61,35-1,252,58 ПФТ-3100,6-1,92,50 ФЭН0,55-1,922,47 ФАС1,62-1,883,50 ФАС ox 1,62-1,883,50 K.K.Denshchikov, M.Y. Izmaylova, A.A.Zhuk, A.F. Gerasimov, ISEECap09, Nantes, France, 2009

20 Циклическая вольтамперограмма (скорость развертки 5 мВ/с). Материал электрода – тип С.Electrolyte BuMeImBF 4. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ВОЛЬТАМПЕРОГРАММА K.K.Denshchikov, M.Y. Izmaylova, A.A.Zhuk, A.F. Gerasimov, ISEECap09, Nantes, France, 2009

21 1-IL+Acetonitrile, 2-IL+Methylformat, 3-IL+N,N dimethylformamide, 4-IL+Dichloromethane, 5-IL+Propylenecarbonate АКТИВНАЯ МАССА УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЛИТА НА ОСНОВЕ BuMeImBF 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НОВЫХ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ

22 ТЕХНИКА

Токосъемник Активированный уголь Сепаратор НАМОТОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ 3v3v3v3v 300v 1v- 3v 300v НАБОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

24 СХЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОГО НАБОРНОГО СУПЕРКОНДЕНСАТОРА АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ ПОДЛОЖКА СЕПАРАТОР ТОКОСЪЕМНИК 24 ПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ - активированный уголь толщиной 0,1 - 5,0 мм, размеры частиц 1 – 30 мкм, размер пор 0,7 – 10 нм ЭЛЕКТРОЛИТ - 30% раствор КОН, ионная жидкость [ МеBu-im] BF 4 ПОДЛОЖКА - асбест, арамид толщиной 20 – 30 мкм СЕПАРАТОР - асбест, арамид толщиной 20 – 30 мкм ТОКОСЪЕМНИК - стальная фольга толщиной 50 мкм

25 СХЕМА КОНСТРУКЦИИ НАБОРНОГО СУПЕРКОНДЕНСАТОРА Обеспечение необходимого напряжения последовательное соединение пакета Обеспечение необходимой энергии параллельное соединение пакетов

26 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

27 ТИП ЭЛЕКТРОЛИТАРСКОН УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ МАКС/НОМ [к Дж/кг]20,1/14,82,8/1,3 [Вт*час/кг]5,6/4,10,8/0,4 УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ МАКС/НОМ[к Вт/кг]2,2/1,76.2/2,9 УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ УВЕЛИЧЕНИЕ 12 раз НОВЫЙ СУПЕРКОНДЕНСАТОР ОИВТ РАН С ИОННОЙ ЖИДКОСТЬЮ

ДВУСТОРОННИЙ ЭЛЕКТРОД ТОКОВЫЙ КОЛЛЕКТОР ТОКОПРОВОДЯЩИЙ АДГЕЗИВ ФОРМА ПРОИЗВОДСТВА Углеродная лента: длина 125 м ширина 10 – 180 мм толщина 150 – 2000 мкм Токовый коллектор: материал – сталь алюминий никель титан толщина 30 – 100 мкм

ТИП ЭЛЕКТРОЛИТАРСКОН УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ МАКС/НОМ [к Дж/кг]14,0/10,72,8/1,29 [Вт*час/кг]4,0/3,00,78/0,36 УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ МАКС/НОМ[к Вт/кг]12,0/9,36.2/2,9 НОВЫЙ СУПЕРКОНДЕНСАТОР ОИВТ РАН НА ДВУСТОРОННИХ ЭЛЕКТРОДАХ УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ УВЕЛИЧЕНИЕ 8 раз 3 раза

корпус ТТ; 2 - капиллярная структура; 3 - жидкий теплоноситель; 4 - пар КОНСТРУКЦИЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРА ТЕПЛООТВОД ОТ ГЕРМЕТИЗИРОВАННОЙ АКТИВНОЙ МАССЫ ЧЕРЕЗ ТОКОВЫВОДЫ В ВИДЕ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

31 ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ КОНСТРУКЦИЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРА РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНОГО КОРПУСА Токовывод Активная масса Металл Полимер Герметик Изолятор Запор СУЩЕСТВУЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ

32 ПРИМЕНЕНИЯ

ВИДЫ КОМБИНИРОВАННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК + СИСТЕМА НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ НА БАЗЕ СУПЕР КОНДЕНСАТОРОВ Электропитание, электротранспорт Электропитание, электротранспорт Запуск локомотива, тяговая подстанция Аккумулятор Электродвигатель Электротранспорт, лифт Системы электропитания Комфортное электропитание Двигатель внутреннего сгорания Гибридный автотранспорт Топливный элемент Воздушно- алюминиевая батарея Аккумулятор

ЭНЕРГОУСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ ПИКОВАЯ МОЩНОСТЬ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ИСТОЧНИК МОЩНОСТИ СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ ПИКОВАЯ МОЩНОСТЬ ЭНЕРГИЯ ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ОБЫЧНАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА 34

ОЦЕНКА ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА ГРАФИКИ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЖИМЕ УСКОРЕНИЕ - ТОРМОЖЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ ВИДТРАНСПОРТАМАССА(ТОНН)ЭКОНОМИЯ В ГОД (МВТ-ЧАС) МЕТРОПОЕЗД ЭЛЕКТРОПОЕЗД ТРАМВАЙ42100 ТРОЛЛЕЙБУС1845 ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ (НА ЕДИНИЦУ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА)

ПРИМЕР ГИБРИДНОГО АВТОБУСА NASA С СУПЕРКОНДЕНСАТОРАМИ МОЩНОСТЬ ДИЗЕЛЯ 150 Kвт ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВА 0,2 л/милю УРОВЕНЬ ЭМИССИИ 1,2 ОБЫЧНЫЙ АВТОБУС ГИБРИДНЫЙ АВТОБУС МОЩНОСТЬ ДИЗЕЛЯ 66 Kвт ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВА 0,09 л/милю УРОВЕНЬ ЭМИССИИ 0,15 37

ИСТОЧНИК МОЩНОСТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ 38

ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

40 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЖД НА ОСНОВЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРНЫХ СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ - Экономия электроэнергии – 25% - Снижение нагрузки на сеть – 15% - Автономное перемещение ГИБРИДНЫЙ ТРАНСПОРТ - Экономия топлива – 50% - Снижение эмиссии – 10 раз ЗАПУСК ДВС - Снижение мощности АБ – 2 раза - Увеличение срока АБ – 1,5 раз - Запуск до температур - (-40) 0 С ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ - Экономия электроэнергии 15% - Экономия обслуживания 2- раза

ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОЕЗДА МЕТРОПОЕЗД ВЕС – 160 Т РАССТОЯНИЕ – 800 М СКОРОСТЬ – 15 КМ/ЧАС ВРЕМЯ – 280 СЕК СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ: НАПРЯЖЕНИЕ – 640 V; ЕМКОСТЬ – 5,6 F; ЭНЕРГИЯ – 1,3 МJ; КОЛИЧЕСТВО В БАТАРЕЕ- 14; ОБЩИЙ ВЕС KG. 41

ПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В СТАЦИОНАРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ Крупные энергосистемы Покрытие пиковых нагрузок Повышение качества и надежности энергоснабжения Регулирование частоты Потребители электрической энергии Использование разницы в дневных и ночных тарифах Покрытие пиковых нагрузок Автономное энергоснабжение Резервное электроснабжение Интеграция с возобновляемыми источниками энергии

БАТАРЕЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ БАТАРЕЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ С СЕТЬЮ СЕТЬ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ГИБРИДНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ГИБРИДНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ 43

ГИБРИДНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ГНЭ 100 Номинальная активная мощность, (к Вт) 100 Номинальное напряжение (3-ф, 50 Гц), кВ 0,4 Энергоемкость, (к Вт×ч)100 Номинальный выходной фазный ток (А) 152 Диапазон напряжений звена постоянного тока, (кВ) 0,43 - 0,82 Время работы с номинальной нагрузкой (часы) 1,0 Диапазон регулирования реактивной мощности (квар) 0÷100 КПД в цикле заряд-разряд не менее (%) 0,75 Вероятность безотказной работы за весь срок службы 0,99 Назначенный срок эксплуатации, не менее (лет) 10 ОБЩИЙ ВИД ТЕХНИЧЕСКИЕХАРАКТЕРИСТИКИ 44

БАТАРЕЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ЛИБ 100 Номинальная активная мощность, (к Вт) 100 Номинальное напряжение (3-ф, 50 Гц), кВ 0,4 Энергоемкость, (к Вт-час)100 Время работы с номинальной мощностью, (час) 1,0 Диапазон регулирования реактивной мощности (квар) 0÷100 КПД в цикле, не менее (%) 85 Ресурс, не менее (циклов заряд-разряд) 1500 Вероятность безотказной работы за весь срок службы 0,99 Назначенный срок эксплуатации, не менее (лет) 10 Вид без дверей Всего 168 аккумуляторов ( ) Электротехническая система LiFePO 4 /С Технические характеристики 45

Номинальное статическое напряжение заряда, (кВ) 0,72 Напряжение при разряде, (кВ) 0,4 Диапазон напряжений при разряде, (кВ) 0,36-0,72 Номинальная динамическая активная мощность при разряде, (к Вт) 100 Время работы в динамическом режиме с номинальной мощностью, в диапазоне, (сек) 5 ÷ 10 Ресурс, не менее. циклов КПД в цикле, не менее (%)85 Вероятность безотказной работы за срок службы 0,99 Назначенный срок эксплуатации, не менее, лет 10 Вид без дверей БАТАРЕЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ БСК 100 Технические характеристики 20 суперконденсаторов МНЭ-0,93/360Б Напряжение 360 В Емкость 0,93 Ф Масса 38 кг 46

Номинальная активная мощность, (к Вт) 100 Номинальное напряжение звена постоянного тока (кВ) 0,43 - 0,82 Номинальное напряжение (3-ф, 50 Гц), (кВ) 0,4 Коэффициент гармоник тока сети не более (%) 7 Время работы с 1,5 перегрузкой по току сети не менее (сек) 10 Скорость обмена по CAN (кбит/с) 250 Назначенный срок эксплуатации, не менее (лет) 10 УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ С СЕТЬЮ УСС 100 УСС-100 БСК УСС-100 ЛИБ Технические характеристики Вид без дверей 47

СТЕНД ИСПЫТАНИЙ ГИБРИДНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ГИБРИДНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ 33 к Вт 66 к Вт 99 к Вт 32 к Вт СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 1250 к Вт БЛОК ТЕСТОВЫХ НАГРУЗОК БЛОК ГЕНЕРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОР 6,3 / 0,4 кВ ПОТРЕБИТЕЛИ 48

1. Проведенные испытания показали, что при периодическом изменении нагрузки с периодом 1, 2, 5, 10, 100 сек в диапазоне от 0 до 100 к Вт обеспечивается стабилизация перетоков активной и реактивной мощности из сети с помощью гибридного накопителя: при этом возмущающие воздействия нагрузки высокочастотного спектра (с периодом 1-10 сек) компенсируются с помощью суперконденсаторов, а возмущающие воздействия нагрузки низкочастотного спектра (с периодом более 10 сек) компенсируются с помощью аккумуляторных батарей. 2. Использование ГНЭ на базе литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов позволяет не только эффективно компенсировать кратковременные и продолжительные возмущения, но и существенно поднять ресурс и надежность аккумуляторных батарей, оптимизируя режим их работы. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ГНЭ 49

50 ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Впервые в мировой практике обосновано и экспериментально подтверждено использование нетоксичного органического электролита на основе чистой ионной жидкости для использования в наноструктурированных суперконденсаторах. Сформулировано понятие объемного двойного электрического слоя, образующегося на границе высокодисперсного пористого материала при согласовании размеров пор и ионов электролита. Разработаны основные понятия теории оптимизации пористой структуры высокодисперсного пористого материала с целью формирования максимальной поверхности двойного электрического слоя при контакте с конкретным типом электролита. Изучен механизм электрохимических реакций на межфазной границе электрод/электролит методом ЯМР-спектроскопии.

51 ОСНОВНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ На основании проведенных исследований был разработан и изготовлен промышленный образец наноструктурированного наборного суперконденсатора с нетоксичным органическим электролитом на основе чистой ионной жидкости. Удельная запасенная энергия такого суперконденсатора более, чем в 10 раз выше аналогичного параметра существующих наборных суперконденсаторов с электролитом на основе водного раствора гидроксида калия. Батарея из разработанных суперконденсаторов для системы накопления энергии гибридного автобуса весит более, чем в 3 раза меньше, чем аналогичная батарея из существующих наборных суперконденсаторов. Разработанный суперконденсатор будет положен в основу разработки модельного ряда наноструктурированных наборных суперконденсаторов нового поколения.

52 Работа выполнена в Лаборатории 230 ИНЭП Научный руководитель работ д.т.н. Деньщиков К.К. Ответственный исполнитель м.н.с. Измайлова М.Ю. СОИСПОЛНИТЕЛИ Директор ИНЭП д.ф.-м.н. Жук А.З. Лаборатория 210 ИНЭП к.т.н. Школьников Е.И. Лаборатория 220 ИНЭП Клейменов Б.В. Лаборатория 3313 ИФТПЭ к.т.н. Самойлов И.С. Отдел 4 ИТЭС д.ф.-м.н. Норман Г.Э. ИНЭОС РАН д.х.н. Выгодский Я.С. ИФХЭ РАН д.х.н. Вольфкович Ю.М. к.х.н. Петухова Г.А. Химфак МГУ д.х.н. Асламов Л.А. НПО «ТЕХНОКОР» к.т.н. Герасимов А.Ф. ОАО «ЭХМЗ» к.т.н. Шевченко А.О. НПО «НЕОРГАНИКА» д.т.н. Гурьянов В.В. Волжский НИИ ЦБП к.т.н. Кузнецов А.В. ФГУП «МАРС» д.т.н. Привалов В.А. ФГУП «Красная звезда» д.т.н. Пантелеев А.И.

53 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ