Magazynowanie energii elektrycznejobejmuje głównie magazynowanie energii w postaci superkondensatorów i nadprzewodzących magazynów energii. Pierwszy magazynuje energię elektryczną w polu elektrycznym, drugi natomiast magazynuje energię elektryczną w polu magnetycznym. Magazynowanie energii elektrycznej ma znaczące zalety w zakresie gęstości mocy i trwałości cykli, może zmniejszyć skutki chwilowych przerw w dostawie prądu, tłumić oscylacje mocy o niskiej-sieci oraz poprawiać charakterystykę napięcia i częstotliwości.
Superkondensatorowe magazynowanie energii
Superkondensatory, znane również jako kondensatory elektrochemiczne, to urządzenia magazynujące energię, które magazynują energię poprzez gromadzenie się ładunku na powierzchni elektrody. Ich mechanizm magazynowania energii różni się od tradycyjnych akumulatorów; magazynują energię poprzez ładunek utworzony przez podwójną warstwę na granicy faz elektrody-elektrolit. Superkondensatory charakteryzują się wyjątkowo dużą gęstością mocy, bardzo-długim cyklem życia i możliwością szybkiego ładowania-rozładowania, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie w pojazdach elektrycznych, układach hamulcowych z regeneracją, zasilaczach rezerwowych i regulacji częstotliwości sieci. Jednak gęstość energii superkondensatorów jest stosunkowo niska, znacznie niższa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych,-co sprawia, że nadają się one do zastosowań wymagających krótkotrwałych-zastosowań-o dużej mocy. Oczekuje się, że w przyszłości, wraz z postępem w materiałoznawstwie, gęstość energii superkondensatorów będzie dalej rosła, poszerzając w ten sposób ich zastosowania na rynku magazynowania energii.
Superkondensatory można podzielić głównie na trzy kategorie: elektryczne kondensatory dwu-warstwowe, kondensatory Faradaya i superkondensatory hybrydowe. Elektryczne kondensatory-warstwowe wykorzystują materiały węglowe jako elektrody, gdzie separacja ładunku następuje na granicy faz ciało stałe-ciecz utworzonej w wyniku kontaktu z elektrolitem, tworząc elektryczną strukturę dwu-warstwową. Kondensatory te podlegają procesom fizycznej adsorpcji i desorpcji ładunku podczas ładowania i rozładowywania. Chociaż elektryczne kondensatory-warstwowe charakteryzują się dużą gęstością mocy i długą żywotnością, ich gęstość energii jest stosunkowo niska. Obecnie urządzenia te znalazły zastosowanie komercyjne.
Kondensatory Faradaya wykorzystują tlenki metali lub polimery przewodzące jako materiały elektrodowe, w których pojemność adsorpcyjna powstaje w wyniku reakcji redoks na powierzchni i płytkich obszarach tych materiałów. Zasada działania tego typu kondensatorów jest podobna do procesu reakcji w akumulatorze; przy podobnych powierzchniach elektrod może zapewnić kilkukrotnie większą pojemność niż elektryczny kondensator-warstwowy. Jednakże pod względem charakterystyki mocy dla chwilowego-wyładowania wysokim prądem i trwałości cyklu, kondensatory Faradaya nie działają tak dobrze, jak elektryczne kondensatory dwu-warstwowe. Co więcej, kondensatory Faradaya stoją również przed wyzwaniami, takimi jak wysokie koszty produkcji i nie w pełni dojrzała technologia.
Superkondensatory hybrydowe są znane ze swojej dużej gęstości energii i długiej żywotności. Choć obecnie znajdują się we wczesnej fazie komercjalizacji, posiadają ogromny potencjał przyszłego rozwoju.
Nadprzewodzące magazynowanie energii
Nadprzewodzące magazynowanie energii to technologia magazynowania energii elektromagnetycznej, która wykorzystuje nadprzewodniki do magazynowania energii elektrycznej w stanie{{0}wolnym od oporu. Zasada działania polega na generowaniu silnego pola magnetycznego przez prąd stały w cewce nadprzewodzącej, magazynowaniu w ten sposób energii i uwalnianiu jej w razie potrzeby poprzez wyładowanie prądowe. Ponieważ nadprzewodniki nie mają oporu w niskich temperaturach, nadprzewodzące systemy magazynowania energii mogą osiągnąć niezwykle wysoką wydajność ładowania i rozładowywania praktycznie bez strat energii. Co więcej, nadprzewodzące magazyny energii charakteryzują się niezwykle krótkimi czasami reakcji, umożliwiając ładowanie i rozładowywanie w ciągu milisekund, dzięki czemu nadają się do natychmiastowej regulacji napięcia i częstotliwości w systemach elektroenergetycznych. Jednak koszt nadprzewodzących systemów magazynowania energii jest wysoki, ograniczany głównie przez rozwój materiałów nadprzewodzących i technologię chłodzenia kriogenicznego. Dlatego obecne zastosowania koncentrują się głównie w specjalnych dziedzinach wymagających-krótkoterminowego-magazynowania energii o dużej mocy, takich jak stabilność sieci i sprzęt wojskowy.
Typowe materiały nadprzewodnikowe obejmują nadprzewodniki nisko-temperaturowe, takie jak Nb-Ti i Nb3Sn, oraz nadprzewodniki wysokotemperaturowe,-takie jak tlenek itru, baru i miedzi (YBCO) i tlenek bizmutu, strontu i miedzi wapniowej (BSCCO). Nadprzewodniki wysoko-wysokotemperaturowe mają wyższe temperatury krytyczne niż nadprzewodniki-niskotemperaturowe, co zmniejsza wymagania dotyczące chłodzenia i sprawia, że nadprzewodzące systemy magazynowania energii są bardziej praktyczne i ekonomiczne.