Системы хранения электроэнергии используются для накопления и хране-ния электрической энергии возобновляемых источников альтернативной энергии и пиковой энергии промышленной электросети на объектах традиционной энер-гетики с последующим электропитанием потребителей.
На сегодняшний день существует множество экспериментальных проектов технических устройств, которые позволяют долгосрочное хранение больших объ-емов электроэнергии. В будущем система накопления электроэнергии будет важ-нейшим типом сетевых объектов, что позволяет работать как в локальных сетях потребителей, так и для энергосистемы в целом.
Традиционным является накопление электроэнергии с помощью свинцо-вых или щелочных аккумуляторных батарей, которые производятся в промыш-ленных масштабах.
В настоящее время в мире ведутся активные научные исследования путей совершенствования известных и разработки новых энергетических батарей.
Казалось бы, что создание и применение технических устройств для дли-тельного накопления электричества сегодня нет никаких проблем. Однако, такие системы создаются в первую очередь для потребителей и малой распределенной генерации, которая в наших условиях еще недостаточно распространена.
Одной из проблем является отсутствие экономической выгоды для потребителя при использовании аккумуляторных батарей. Над созданием инструментов и ре-шений, которые могут работать с накопителем электроэнергии не просто как с техническим устройством, а с эффективным активом. Над этим всем работают идеологи Smart Grid [1].
Перспективным материалом в развитии устройств накопления электро-энергии является графен. Графен представляет собой двумерную кристалличе-скую структуру (рис. 1) атома углерода – обладает рядом уникальных физических свойств. Например, при толщине листа 91 Пм (1 пикометр составляет 10-12 обычной мет-рические единицы), он выдерживает нагрузку 4 кг [2].
 |
Рисунок 1 - Кристаллическая решетка графена. |
Графен способен заменить полупроводники на основе дорогих редкозе-мельных металлов, и создавать рабочие элементы в несколько раз меньше по га-баритам. Это дает толчок к дальнейшему уменьшению размеров носимой элек-троники. Важным преимуществом графена является его и тепловую стойкость, что позволяет увеличить допустимую мощность микроэлектронных схем.
Плоский кристалл графена может накопить большой заряд, и сделать это практически мгновенно, ведь потоку электронов сопротивляется всего один атом. Аккумуляторы с графеновым катодом (рис. 2) емкостью в 55 А/час(самый распространённый тип автомобильного стартерного аккумулятора) заряжаются за 8 секунд.
Батареи на основе графена работают по тому же принципу электрохими-ческих реакций, что и широко распространенные свинцовые с кислотным или щелочным электролитом
 |
Рисунок 2- Графеновый аккумулятор |
Электромобиль, конечно, очень привлекательный вид транспорта. Транс-портное средство, которое не загрязняет окружающую среду, создает меньше шу-ма, и ездит на дешевом топливе, это, конечно, очень интересно. Хотя они и не достигают мощности и скорости транспортных средств на ископаемом топливе, но все же они удовлетворяют основные транспортные потребности большинства людей.
Тем не менее современные электромобили имеют два основных недостат-ка: большое время зарядки и короткое время автономной работы. И хотя литий-ионные аккумуляторы, которыми укомплектованы текущие электромобили, по-стоянно улучшаются, для полной их зарядки требуется несколько часов, а авто-номия в перемещении едва достигает 300 километров.
Эти ограничения сможет убрать новый графен-полимерный аккумулятор (рис. 3), разработанный испанской компанией и мировыми ведущими универси-тетами.
 |
Рисунок 3- Графеновый аккумулятор, который применяется в электромобилях |
По устройству они очень похожи на литий-ионные аккумуляторы с твер-дым электролитом. Сейчас в них в качестве катода применяется угольный кокс, вещество по химическому составу близкое к чистому углероду.
Существует два принципиально разных направления создания графеновых аккумуляторов. В работе [4] (США) предлагают использовать в качестве анода такого накопителя энергии всё то же соединение – кобальтат лития (LiCoO2), а катод делать из перемежающихся пластин кремния и графена.
Инженеры из России предлагают заменить дорогую и токсичную соль ли-тия на дешевый оксид магния. И в том, и в другом случае емкость аккумулятора увеличивается, как и скорость прохождения ионов между электродами за счет высокой электрической проницаемости графена и его способности накапливать электрический заряд. В оценке преимуществ инновационной техники ученые разнятся: российские утверждают, что емкость графеновых аккумуляторов в 2,5 раза больше, чем литий-ионных, а зарубежные – что в десять.
Графен недорог в производстве и распространен в природе, его очень про-сто восстановить после повреждений. Помимо этого, графеновые батареи менее громоздки, чем литий-ионные «сотоварищи»: масса графенового аккумулятора вдвое меньше массы литий-ионного. Но даже несмотря на это, графеновые ис-точники тока не удается адаптировать для использования на мобильных устрой-ствах — слишком велик размер. Если получится воплотить эту идею в жизнь, то полностью зарядить мобильный телефон пользователям можно будет за 5 секунд!
Список использованной литературы
- Internet of Things and Smart Grid Energy Management.. Издательство Internet of Things and Smart Grid Energy Management.. 2013г.- 88 с.
- Алексеенко А.Г. Графен. Издательство Бином.Л.З, 2014г. – 176 с.
- Губин С. П., Ткачев С. В. Графен и родственные наноформы углерода. 2015.- 468 с.
- P. Ramadass et al. Performance Study of Commercial LiCoO2 and Spinel-based Li-ion Cells // Journal of Power Sources. - Vol. 111, 2012. - P. 210-220.
- Аккумуляторы. Справочник Андрей Кашкаров. Издательство РадиоСофт, 2014.- 192 с.
- Хрусталев Д. А. Аккумуляторы., 2013. – 225 с.