Opslag van elektrische energieomvat voornamelijk supercondensator-energieopslag en supergeleidende energieopslag. De eerste slaat elektrische energie op in een elektrisch veld, terwijl de laatste elektrische energie opslaat in een magnetisch veld. De opslag van elektrische energie heeft aanzienlijke voordelen wat betreft de vermogensdichtheid en levensduur, kan de impact van onmiddellijke stroomuitval verminderen, laag-stroomoscillaties in het elektriciteitsnet onderdrukken en de spannings- en frequentiekarakteristieken verbeteren.
Supercondensator energieopslag
Supercondensatoren, ook bekend als elektrochemische condensatoren, zijn apparaten voor energieopslag die energie opslaan door de accumulatie van lading op het elektrodeoppervlak. Hun energieopslagmechanisme verschilt van traditionele batterijen; ze slaan energie op via de lading die wordt gevormd door de dubbele laag op het elektrode-elektrolytgrensvlak. Supercondensatoren beschikken over een extreem hoge vermogensdichtheid, een ultra-lange levensduur en snel opladen--ontladingsmogelijkheden, waardoor ze wijdverbreid worden toegepast in elektrische voertuigen, regeneratieve remsystemen, back-upvoedingen en netfrequentieregeling. De energiedichtheid van supercondensatoren is echter relatief laag, veel lager dan die van lithium-ionbatterijen, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die korte- toepassingen met hoog- vermogen vereisen. In de toekomst, met de vooruitgang in de materiaalkunde, wordt verwacht dat de energiedichtheid van supercondensatoren verder zal toenemen, waardoor hun toepassingen op de markt voor energieopslag zullen toenemen.
Supercondensatoren kunnen grofweg in drie categorieën worden ingedeeld: elektrische dubbel-laagcondensatoren, condensatoren van Faraday en hybride supercondensatoren. Elektrische dubbel{2}}condensatoren maken gebruik van koolstofmaterialen als elektroden, waarbij ladingsscheiding plaatsvindt op het vaste-vloeistofgrensvlak dat wordt gevormd door het contact met de elektrolyt, waardoor een elektrische dubbel-laagstructuur ontstaat. Deze condensatoren ondergaan tijdens het opladen en ontladen fysieke ladingsadsorptie- en desorptieprocessen. Hoewel elektrische dubbel-laagcondensatoren een hoge vermogensdichtheid en een lange levensduur hebben, is hun energiedichtheid relatief laag. Momenteel hebben deze apparaten commerciële toepassing bereikt.
Faraday-condensatoren maken gebruik van metaaloxiden of geleidende polymeren als elektrodematerialen, waarbij adsorptiecapaciteit wordt gevormd door redoxreacties op het oppervlak en ondiepe bulkgebieden van deze materialen. Het werkingsprincipe van dit type condensator is vergelijkbaar met het reactieproces in een batterij; gegeven vergelijkbare elektrode-oppervlakken kan het meerdere keren de capaciteit van een elektrische dubbel-laagcondensator leveren. In termen van vermogenskarakteristieken voor onmiddellijke ontlading met hoge- stroom en levensduur presteren Faraday-condensatoren echter niet zo goed als elektrische dubbel-laagcondensatoren. Bovendien worden Faraday-condensatoren ook geconfronteerd met uitdagingen zoals hoge productiekosten en een technologie die nog niet volledig volwassen is.
Hybride supercondensatoren staan bekend om hun hoge energiedichtheid en lange levensduur. Hoewel ze zich momenteel in de beginfase van de commercialisering bevinden, beschikken ze over een enorm toekomstig ontwikkelingspotentieel.
Supergeleidende energieopslag
Supergeleidende energieopslag is een elektromagnetische energieopslagtechnologie die gebruik maakt van supergeleiders om elektrische energie op te slaan in een weerstandsvrije toestand-. Het werkingsprincipe ervan bestaat uit het genereren van een sterk magnetisch veld door middel van gelijkstroom in een supergeleidende spoel, waardoor energie wordt opgeslagen en deze indien nodig via stroomontlading wordt vrijgegeven. Omdat supergeleiders geen weerstand hebben bij lage temperaturen, kunnen supergeleidende energieopslagsystemen extreem hoge laad- en ontlaadefficiënties bereiken met vrijwel geen energieverlies. Bovendien heeft supergeleidende energieopslag extreem snelle responstijden, waardoor laden en ontladen in milliseconden wordt bereikt, waardoor het geschikt is voor onmiddellijke spanningsregeling en frequentieregeling in energiesystemen. De kosten van supergeleidende energieopslagsystemen zijn echter hoog, voornamelijk beperkt door de ontwikkeling van supergeleidende materialen en cryogene koeltechnologie. Daarom zijn de huidige toepassingen vooral geconcentreerd op speciale terreinen die een hoog-vermogen en energieopslag op korte- termijn vereisen, zoals netstabiliteit en militair materieel.
Veel voorkomende supergeleidende materialen zijn onder meer supergeleiders bij lage- temperaturen zoals Nb-Ti en Nb3Sn, en supergeleiders bij hoge- temperaturen zoals Yttrium Barium Copper Oxide (YBCO) en Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide (BSCCO). Supergeleiders met hoge-temperaturen hebben hogere kritische temperaturen dan supergeleiders met lage-temperaturen, waardoor er minder koeling nodig is en supergeleidende energieopslagsystemen praktischer en economischer worden.