Elektros energijos kaupimasdaugiausia apima superkondensatorių energijos kaupimą ir superlaidų energijos kaupimą. Pirmasis kaupia elektros energiją elektriniame lauke, o antrasis kaupia elektros energiją magnetiniame lauke. Elektros energijos kaupimas turi didelių pranašumų dėl galios tankio ir ciklo trukmės, gali sumažinti momentinių elektros energijos tiekimo nutraukimų poveikį, slopinti žemo-dažnio energijos svyravimus tinkle ir pagerinti įtampos bei dažnio charakteristikas.
Superkondensatoriaus energijos kaupimas
Superkondensatoriai, taip pat žinomi kaip elektrocheminiai kondensatoriai, yra energijos kaupimo įrenginiai, kurie kaupia energiją kaupdami krūvį ant elektrodo paviršiaus. Jų energijos kaupimo mechanizmas skiriasi nuo tradicinių baterijų; jie kaupia energiją per krūvį, kurį sudaro dvigubas sluoksnis elektrodo{1}}elektrolito sąsajoje. Superkondensatoriai pasižymi itin dideliu galios tankiu, itin-ilgu ciklu ir greito įkrovimo-iškrovimo galimybėmis, todėl plačiai naudojami elektrinėse transporto priemonėse, regeneracinėse stabdžių sistemose, atsarginiuose maitinimo šaltiniuose ir tinklo dažnio reguliavime. Tačiau superkondensatorių energijos tankis yra santykinai mažas, daug mažesnis nei ličio-jonų baterijų, todėl jie tinka naudoti, kai reikia trumpalaikių-didelės galios įrenginių. Ateityje, tobulėjant medžiagų mokslui, tikimasi, kad superkondensatorių energijos tankis toliau didės ir taip išplės jų pritaikymą energijos kaupimo rinkoje.
Superkondensatorius daugiausia galima suskirstyti į tris kategorijas: elektrinius dvigubo sluoksnio{0}}kondensatorius, Faradėjaus kondensatorius ir hibridinius superkondensatorius. Elektriniai dvigubo sluoksnio kondensatoriai naudoja anglies medžiagas kaip elektrodus, kur krūvis atsiskiria kietoje -skysčio sąsajoje, kurią sudaro kontaktas su elektrolitu, sukuriant elektrinę dvigubo{4} sluoksnio struktūrą. Įkraunant ir iškraunant šiuos kondensatorius vyksta fizinio krūvio adsorbcijos ir desorbcijos procesai. Nors elektriniai dvigubo sluoksnio{7}}kondensatoriai turi didelį galios tankį ir ilgą tarnavimo laiką, jų energijos tankis yra palyginti mažas. Šiuo metu šie įrenginiai yra pritaikyti komerciniams tikslams.
Faradėjaus kondensatoriai naudoja metalų oksidus arba laidžius polimerus kaip elektrodų medžiagas, kur adsorbcijos talpa susidaro vykstant redokso reakcijoms šių medžiagų paviršiuje ir negiliose tūrinėse srityse. Šio tipo kondensatorių veikimo principas panašus į reakcijos procesą akumuliatoriuje; atsižvelgiant į panašius elektrodo paviršiaus plotus, jis gali būti kelis kartus didesnis už elektrinio dvigubo sluoksnio kondensatoriaus talpą. Tačiau, kalbant apie galios charakteristikas momentiniam didelės-srovės iškrovimui ir ciklo trukmei, Faradėjaus kondensatoriai neveikia taip gerai, kaip elektriniai dvigubo sluoksnio{4}}kondensatoriai. Be to, Faradėjaus kondensatoriai taip pat susiduria su tokiais iššūkiais kaip didelės gamybos sąnaudos ir dar nevisiškai subrendusi technologija.
Hibridiniai superkondensatoriai garsėja dideliu energijos tankiu ir ilgu tarnavimo laiku. Nors šiuo metu jie yra komercializavimo pradžioje, jie turi didžiulį ateities plėtros potencialą.
Superlaidus energijos kaupimas
Superlaidus energijos kaupimas yra elektromagnetinės energijos kaupimo technologija, kuri naudoja superlaidininkus elektros energijai kaupti laisvai{0}} varžos būsenai. Jo veikimo principas apima stipraus magnetinio lauko generavimą tiesiogine srove superlaidžioje ritėje, taip kaupiant energiją ir išleidžiant ją per srovės iškrovą, kai reikia. Kadangi superlaidininkai neturi pasipriešinimo žemoje temperatūroje, superlaidžios energijos kaupimo sistemos gali pasiekti itin didelį įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą praktiškai neprarandant energijos. Be to, superlaidaus energijos kaupiklio reakcijos laikas yra ypač greitas, įkrovimas ir iškrovimas pasiekiamas per milisekundes, todėl yra tinkamas momentiniam įtampos reguliavimui ir dažnio valdymui energijos sistemose. Tačiau superlaidžių energijos kaupimo sistemų kaina yra didelė, ją daugiausia riboja superlaidžių medžiagų ir kriogeninio aušinimo technologijos tobulinimas. Todėl dabartinės programos daugiausia sutelktos į specialias sritis, kuriose reikia didelės-galios, trumpalaikio- energijos kaupimo, pvz., tinklo stabilumo ir karinės įrangos.
Įprastos superlaidžios medžiagos yra žemos-temperatūros superlaidininkai, pvz., Nb-Ti ir Nb3Sn, ir aukštos-temperatūros superlaidininkai, pvz., itrio bario vario oksidas (YBCO) ir bismuto stroncio kalcio vario oksidas (BSCCO). Aukštos-temperatūros superlaidininkų kritinė temperatūra yra aukštesnė nei žemos{6}}temperatūros superlaidininkų, todėl sumažėja aušinimo poreikis, o superlaidžios energijos kaupimo sistemos tampa praktiškesnės ir ekonomiškesnės.