Ali lahko superkondenzatorji zamenjajo baterije v električnih vozilih?

Električni avtomobili in hibridi so trdno zasidrani v glavah sodobnega avtomobilista kot nov krog v razvoju vozil. V primerjavi z modeli, opremljenimi z ICE, imajo ta vozila svoje prednosti in slabosti.

Prednosti vedno vključujejo tiho delovanje, pa tudi odsotnost onesnaženja med vožnjo (čeprav danes izdelava ene baterije za električno vozilo onesnažuje okolje več kot 30 let delovanja enega dizelskega motorja).

Glavna pomanjkljivost električnih vozil je potreba po polnjenju baterije. V zvezi s tem vodilni avtomobilski proizvajalci razvijajo različne možnosti, kako podaljšati življenjsko dobo baterije in podaljšati interval med polnjenji. Ena od teh možnosti je uporaba superkondenzatorjev.

Razmislite o tej tehnologiji na primeru nove avtomobilske industrije - Lamborghini Sian. Kakšne so prednosti in slabosti tega razvoja?

Novo na trgu električnih vozil

Ko Lamborghini začne uvajati hibrid, ste lahko prepričani, da to ne bo le zmogljivejša različica Toyote Prius.

Sian, prvenec italijanskega podjetja za elektrifikacijo, je prvi serijski hibridni avtomobil (neverjetnih 63 enot), ki namesto litij-ionskih baterij uporablja superkondenzatorje.

Mnogi fiziki in inženirji verjamejo, da imajo ključ do velike električne mobilnosti in ne litij-ionske baterije. Sian jih uporablja za shranjevanje električne energije in jo po potrebi napaja v svoj majhen električni motor.

Prednosti superkondenzatorjev

Superkondenzatorji polnijo in sproščajo energijo veliko hitreje kot večina sodobnih baterij. Poleg tega lahko prenesejo bistveno več ciklov polnjenja in praznjenja brez izgube zmogljivosti.

V primeru Sian-a superkondenzator poganja 25-kilovatni elektromotor, ki je vgrajen v menjalnik. Lahko zagotovi dodatni zagon 6,5-litrskemu motorju z notranjim zgorevanjem V12 s 785 konjskimi močmi ali pa samostojno vozi športni avto med manevri pri nizkih hitrostih, kot je parkiranje.

Ker je polnjenje zelo hitro, tega hibrida ni treba priključiti v stensko vtičnico ali polnilno postajo. Superkondenzatorji se popolnoma napolnijo vsakič, ko vozilo zavira. Akumulatorski hibridi imajo tudi zavorno energijo, vendar počasi in le delno pripomorejo k podaljšanju električne kilometrine.

Superkondenzator ima še en zelo velik adut: težo. V Lamborghiniju Sian celoten sistem – elektromotor in kondenzator – k teži doda le 34 kilogramov. V tem primeru je povečanje moči 33,5 konjskih moči. Za primerjavo, samo baterija Renault Zoe (s 136 konjskimi močmi) tehta okoli 400 kg.

Slabosti superkondenzatorjev

Seveda imajo superkondenzatorji v primerjavi z baterijami tudi slabosti. Sčasoma veliko slabše kopičijo energijo – če Sian en teden ni kolesaril, v kondenzatorju ni več energije. Obstajajo pa tudi možne rešitve tega problema. Lamborghini sodeluje s Tehnološkim inštitutom Massachusetts (MIT) pri ustvarjanju popolnoma električnega modela, ki temelji na superkondenzatorjih, slavnega koncepta Terzo Millenio (Tretje tisočletje).

bst

Mimogrede, Lamborghini, ki je pod okriljem koncerna Volkswagen, ni edino podjetje, ki eksperimentira na tem področju. Hibridni modeli Peugeot že leta uporabljajo superkondenzatorje, prav tako Toyotini in Hondini modeli na vodikove gorivne celice. Kitajski in korejski proizvajalci jih vgrajujejo v električne avtobuse in tovornjake. In lani je Tesla kupil Maxwell Electronics, enega največjih proizvajalcev superkondenzatorjev na svetu, kar je zanesljiv znak, da vsaj Elon Musk verjame v prihodnost tehnologije.

7 ključnih dejstev za razumevanje superkondenzatorjev

1 Kako delujejo baterije

Tehnologija baterij je ena izmed stvari, ki smo jih dolgo jemali kot samoumevne, ne da bi pomislili, kako deluje. Večina si predstavlja, da pri polnjenju elektriko preprosto »nalijemo« v baterijo, kot vodo v kozarec.

Toda baterija ne shranjuje električne energije neposredno, ampak jo samo generira, kadar je to potrebno, s kemično reakcijo med dvema elektrodama in tekočino (najpogosteje), ki ju ločuje, imenovano elektrolit. V tej reakciji se kemikalije v njem pretvorijo v druge. Med tem procesom se proizvaja električna energija. Ko se popolnoma pretvorijo, se reakcija ustavi - baterija se izprazni.

Pri polnilnih baterijah pa se lahko reakcija zgodi tudi v nasprotni smeri – ko jo napolnite, energija sproži obraten proces, ki obnovi prvotne kemikalije. To se lahko ponovi več sto ali tisočkrat, vendar so neizogibne izgube. Sčasoma se na elektrodah naberejo parazitske snovi, zato je življenjska doba baterije omejena (običajno 3000 do 5000 ciklov).

2 Kako delujejo kondenzatorji

V kondenzatorju ne pride do kemičnih reakcij. Pozitivne in negativne naboje ustvarja izključno statična elektrika. V kondenzatorju sta dve prevodni kovinski plošči, ločeni z izolacijskim materialom, imenovanim dielektrik.

Polnjenje je zelo podobno drgnjenju kroglice v volneni pulover, tako da se drži statične elektrike. V ploščah se kopičijo pozitivni in negativni naboji, separator med njimi, ki jim preprečuje stik, pa je pravzaprav sredstvo za shranjevanje energije. Kondenzator je mogoče polniti in izprazniti celo milijonkrat brez izgube zmogljivosti.

3 Kaj so superkondenzatorji

Običajni kondenzatorji so premajhni za shranjevanje energije - običajno se merijo v mikrofaradih (milijoni faradov). Zato so v petdesetih letih prejšnjega stoletja izumili superkondenzatorje. V njihovih največjih industrijskih različicah, ki jih proizvajajo podjetja, kot je Maxwell Technologies, zmogljivost doseže nekaj tisoč faradov, to je 1950-10% zmogljivosti litij-ionske baterije.

4 Kako delujejo superkondenzatorji

Za razliko od običajnih kondenzatorjev ni dielektrika. Namesto tega sta plošči potopljeni v elektrolit in ločeni z zelo tanko izolacijsko plastjo. Kapacitivnost superkondenzatorja se dejansko poveča, ko se površina teh plošč poveča in razdalja med njimi zmanjša. Da bi povečali površino, so trenutno prevlečeni s poroznimi materiali, kot so ogljikove nanocevke (tako majhne, ​​da se jih na en kvadratni cm prilega 10 milijard). Separator je lahko debel samo eno molekulo s plastjo grafena.

Da bi razumeli razliko, je najbolje, da na elektriko mislimo kot na vodo. Preprost kondenzator bi bil takrat kot papirnata brisača, ki lahko absorbira omejeno količino. Superkondenzator je v primeru kuhinjska gobica.

5 baterij: prednosti in slabosti

Baterije imajo eno pomembno prednost - visoko energijsko gostoto, ki jim omogoča shranjevanje relativno velikih količin energije v majhnem rezervoarju.

Imajo pa tudi številne slabosti – veliko težo, omejeno življenjsko dobo, počasno polnjenje in razmeroma počasno sproščanje energije. Poleg tega se za njihovo proizvodnjo uporabljajo strupene kovine in druge nevarne snovi. Baterije so učinkovite le v ozkem temperaturnem območju, zato jih je pogosto treba hladiti ali segrevati, kar zmanjša njihovo visoko učinkovitost.

6 superkondenzatorjev: prednosti in slabosti

Superkondenzatorji so veliko lažji od baterij, njihova življenjska doba je neprimerljivo daljša, ne potrebujejo nobenih nevarnih snovi, napolnijo in sprostijo energijo skoraj v trenutku. Ker skoraj nimajo notranjega upora, za delovanje ne porabljajo energije - njihov izkoristek je 97-98%. Superkondenzatorji delujejo brez bistvenih odstopanj v celotnem območju od -40 do +65 stopinj Celzija.

Pomanjkljivost je, da shranijo bistveno manj energije kot litij-ionske baterije.

7 Nova vsebina

Tudi najsodobnejši sodobni superkondenzatorji ne morejo popolnoma nadomestiti baterij v električnih vozilih. Toda mnogi znanstveniki in zasebna podjetja si prizadevajo za njihovo izboljšanje. Na primer, v Veliki Britaniji Superdielectrics sodeluje z materialom, ki je bil prvotno razvit za proizvodnjo kontaktnih leč.

Skeleton Technologies dela z grafenom, alotropno obliko ogljika. Ena plast debela en atom je 100-krat močnejša od jekla visoke trdnosti in le 1 gram le-te lahko prekrije 2000 kvadratnih metrov. Podjetje je grafenske superkondenzatorje vgradilo v običajna dizelska dostavna vozila in doseglo 32-odstotni prihranek goriva.

Kljub temu, da superkondenzatorji še vedno ne morejo popolnoma nadomestiti akumulatorja, je danes v razvoju te tehnologije pozitiven trend.

Vprašanja in odgovori:

Kako deluje superkondenzator? Deluje na enak način kot kondenzator visoke zmogljivosti. V njej se zaradi statičnosti med polarizacijo elektrolita kopiči elektrika. Čeprav je elektrokemična naprava, ne poteka nobena kemična reakcija.

Za kaj je superkondenzator? Superkondenzatorji se uporabljajo za shranjevanje energije, zagone motorjev, v hibridnih vozilih, kot viri kratkotrajnega toka.

Kako se superkondenzator razlikuje od različnih vrst baterij? Baterija je sposobna proizvajati električno energijo sama s kemično reakcijo. Superkondenzator samo kopiči sproščeno energijo.

Kje se uporablja superkondenzator? Kondenzatorji majhne zmogljivosti se uporabljajo v bliskavicah (popolnoma izpraznjenih) in v katerem koli sistemu, ki zahteva veliko število ciklov praznjenja / polnjenja.