Відомо, що суперконденсатори (іоністори; далі в цій роботі будемо використовувати один з вказаних термінів) можуть охолоджуватися при зміні заряду [1] та змінювати ємність при зміні температури [2]. Заряджені суперконденсатори також можуть змінювати напругу під дією зміни температури. Заряджені суперконденсатори також можуть змінювати електричну енергію під дією зміни температури.
Також відомі способи теплообміну між середовищами, при яких здійснюється усереднене за інтервал часу принаймні одного циклу виділення та поглинання теплової енергії принаймні одним перетворювачем теплової та електричної енергії охолодження принаймні одного середовища [3].
У зв’язку з цим можна розглядати (припустити) можливість використання перетворювачів теплової та електричної енергії, які мають властивості суперконденсаторів для реалізації вказаного теплообміну між середовищами, а також для інших перетворень теплової та електричної енергії. При цьому як вказані перетворювачі теплової та електричної енергії можуть використовуватися суперконденсатори, електроди яких (обкладки, поверхні) виготовлені з однакових матеріалів, а також суперконденсатори, електроди (обкладки, поверхні) яких виготовлені з різних матеріалів, наприклад, з матеріалів з різними коефіцієнтами Зеєбека (Пельтьє). Можуть використовуватися суперконденсатори, які мають лише два електроди (обкладки, поверхні) і можуть використовуватися суперконденсатори, які мають більше двох електродів (обкладок, поверхонь). Можуть використовуватися суперконденсатори, кожен з окремо взятих електродів (обкладок, поверхонь) яких має один вивід. Також можуть використовуватися суперконденсатори, принаймні один з електродів (обкладок, поверхонь) яких має декілька контактів з виводами. Причому ці контакти можуть бути просторово рознесені та виготовлені з матеріалів, які мають різні коефіцієнти Пельтьє (Зеєбека). Також можуть використовуватися суперконденсатори, принаймні один з електродів (обкладок, поверхонь) яких у просторі та/або часі може мати різні властивості. Також можуть використовуватися суперконденсатори з керованими властивостями. Можливе використання також інших перетворювачів теплової та електричної енергії, які мають властивості суперконденсаторів.
Розглянемо приклади можливого використання перетворювачів теплової та електричної енергії з властивостями суперконденсаторів (наприклад, суперконденсаторів, які можуть функціонувати як перетворювачі теплової та електричної енергії).
1-й приклад. У цьому прикладі використовують речовину, яка рухається (наприклад, газоподібну речовину; рідину; тіло/тіла, яке/які рухається/рухаються) так, що послідовно реалізується її тепловий контакт з суперконденсаторами. Наприклад, послідовно реалізують тепловий контакт речовини, яка рухається спочатку з принаймні одним суперконденсатором, який поглинає теплову енергію, далі – з середовищем, яке охолоджують (цим середовищем може бути також і сама речовина, яка рухається), далі – з принаймні одним суперконденсатором, який виділяє теплову енергію, далі – з середовищем, яке нагрівають (як варіант, навколишнім середовищем). Далі у часі змінюють напрям руху речовини, яка рухається та теплові дії суперконденсаторів на протилежні. Далі у часі описаний вище цикл може повторюватися. Таким чином у цьому прикладі реалізується теплообмін між середовищами, при якому здійснюється усереднене за інтервал часу принаймні одного циклу виділення та поглинання теплової енергії принаймні одним суперконденсатором (перетворювачем теплової та електричної енергії) охолодження вказаного вище середовища, яке охолоджують. Можна також вважати, що таким (описаним вище) чином на основі суперконденсаторів може бути реалізований тепловий насос (суперконденсаторний тепловий насос). У цьому (описаному вище) тепловому насосі замість принаймні одного суперконденсатора можуть бути використані інші елементи, які здатні поглинати та виділяти теплову енергію (наприклад, електрокалоричні).
2-й приклад. У цьому прикладі здійснюється теплообмін між суперконденсатором (1-м середовищем) та навколишнім середовищем (2-м середовищем). Заряджання та розряджання суперконденсатора здійснюють з різними швидкостями. В такому випадку можлива реалізація процесу теплообміну між вказаними середовищами, при якому здійснюється усереднене за інтервал часу принаймні одного циклу виділення та поглинання теплової енергії суперконденсатором (при зміні його заряду) охолодження цього суперконденсатора (1-го середовища).
3-й приклад. У цьому прикладі використовують два суперконденсатори (два середовища), між якими є тепловий контакт, заряджання і розряджання яких здійснюють з різними швидкостями. В такому випадку можлива реалізація процесу теплообміну між вказаними середовищами, при якому здійснюється усереднене за інтервал часу принаймні одного циклу виділення та поглинання теплової енергії одним з суперконденсаторів (при зміні його заряду) охолодження цього суперконденсатора (середовища).
4-й приклад. У цьому прикладі використовують два суперконденсатори, між якими є тепловий контакт. Як варіант, 1-й суперконденсатор може мати електроди з різними коефіцієнтами Пельтьє. Спочатку у часі змінюють заряд 1-го суперконденсатора (без зміни заряду 2-го суперконденсатора), який при цьому буде поглинати теплову енергію. Цей процес здійснюють за умов теплової ізоляції суперконденсаторів від навколишнього середовища і тоді температури суперконденсаторів будуть зменшуватися. Як варіант, цей процес можуть здійснювати за умов деякого теплового контакту суперконденсаторів з навколишнім середовищем достатньо швидко, щоб температури обох суперконденсаторів зменшувалися. Далі у часі змінюють електричну енергію 2-го охолодженого суперконденсатора (без зміни заряду 1-го суперконденсатора), наприклад, шляхом зміни його заряду. Цей процес можуть здійснювати за умов теплової ізоляції обох суперконденсаторів від навколишнього середовища. Як варіант, цей процес можуть здійснювати частково або повністю за умов теплового/теплових контакту/контактів суперконденсатора/суперконденсаторів з навколишнім середовищем. Далі у часі можуть реалізовувати теплообмін принаймні одного суперконденсатора з навколишнім середовищем. Далі у часі змінюють заряд 1-го суперконденсатора (без зміни заряду 2-го суперконденсатора), який при цьому буде виділяти теплову енергію. Цей процес здійснюють за умов теплової ізоляції суперконденсаторів від навколишнього середовища і тоді температури обох суперконденсаторів будуть збільшуватися. Як варіант, цей процес можуть здійснювати за умов деякого теплового контакту суперконденсаторів з навколишнім середовищем достатньо швидко, щоб температури обох суперконденсаторів збільшувалися. Далі у часі змінюють електричну енергію 2-го нагрітого суперконденсатора (без зміни заряду 1-го суперконденсатора), наприклад, шляхом зміни його заряду. Причому вказану зміну здійснюють у спрямуванні протилежному до попередньої зміни електричної енергії 2-го суперконденсатора (наприклад, якщо електричну енергію 2-го охолодженого суперконденсатора зменшували, то тоді електричну енергію цього ж нагрітого суперконденсатора збільшують). Цей процес можуть здійснювати за умов теплової ізоляції обох суперконденсаторів від навколишнього середовища. Як варіант, цей процес можуть здійснювати частково або повністю за умов теплового/теплових контакту/контактів суперконденсатора/суперконденсаторів з навколишнім середовищем. Далі у часі можуть реалізовувати теплообмін принаймні одного суперконденсатора з навколишнім середовищем. Далі у часі описаний вище цикл може повторюватися. Значення вказаних вище змін електричної енергії 2-го суперконденсатора, які таким чином здійснюються при різних температурах можуть відрізнятися (і таким чином будуть здійснюватися перетворення теплової та електричної енергії). У цьому прикладі теплові контакти між 1-м суперконденсатором, 2-м суперконденсатором та навколишнім середовищем можуть змінюватися. У цьому прикладі можна вважати, що на 1-му суперконденсаторі реалізований тепловий насос, яким змінюють температуру перетворювача теплової та електричної енергії (2-го суперконденсатора) [4]. Замість 1-го суперконденсатора можуть бути використані інші перетворювачі енергії, які здатні поглинати та виділяти теплову енергію, наприклад, електрокалоричні, барокалоричні, еластокалоричні, п’єзокалоричні перетворювачі, ті чи інші теплові насоси (як варіант, може бути використаний тепловий насос, який описаний вище у 1-му прикладі). Замість 2-го суперконденсатора можуть бути використані інші перетворювачі енергії, електрична енергія яких може змінюватися при зміні температури.
У всіх описаних вище прикладах замість суперконденсаторів можуть використовуватися інші перетворювачі теплової та електричної енергії з властивостями суперконденсаторів.
Література
1. Zhou, W.; Liu, Z.; Chen, W.; Sun, X.; Luo, M.; Zhang, X.; Li, C.; An, Y.; Song, S.; Wang, K.; et al. A Review on Thermal Behaviors and Thermal Management Systems for Supercapacitors. Batteries 2023, 9, 128. https://doi.org/10.3390/batteries9020128
2. H. Gualous, D. Bouquain, A. Berthon, J.M. Kauffmann. Experimental study of supercapacitor serial resistance and capacitance variations with temperature. Journal of Power Sources, Volume 123, Issue 1, 2003, Pages 86-93. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00527-5
3. A. Torelló, E. Defay. Electrocaloric Coolers: A Review. Adv. Electron. Mater. 2022, 8, 2101031. https://doi.org/10.1002/aelm.202101031
4. Кшевецький О. С. Дещо про способи зміни температури перетворювачів теплової та електричної енергії. Світ наукових досліджень. Випуск 44: матеріали Міжнародної мультидисциплінарної наукової інтернет-конференції. 2025. С. 182-186. URL: https://www.economy-confer.com.ua/full-article/6450
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter