Могу ли суперкондензатори заменити батерије у електричним возилима?

Електрични аутомобили и хибриди су чврсто укорењени у умовима модерног аутомобилисте као нова рунда у еволуцији возила. У поређењу са моделима опремљеним ИЦЕ-ом, ова возила имају своје предности и недостатке.

Предности увек укључују тих рад, као и одсуство загађења током вожње (иако данас прављење једне батерије за електрично возило загађује животну средину више од 30 година рада једног дизел мотора).

Главни недостатак електричних возила је потреба за пуњењем батерије. С тим у вези, водећи произвођачи аутомобила развијају разне опције како да продуже животни век батерије и повећају интервал између пуњења. Једна од ових опција је употреба суперкондензатора.

Размотрите ову технологију на примеру нове аутомобилске индустрије - Ламборгхини Сиан. Које су предности и недостаци овог развоја?

Ново на тржишту електричних возила

Када Ламборгхини почне да производи хибрид, можете бити сигурни да то неће бити само моћнија верзија Тоиоте Приус.

Сиан, деби италијанске компаније за електрификацију, први је хибридни серијски аутомобил (невероватних 63) који користи суперкондензаторе уместо литијум-јонских батерија.

Многи физичари и инжењери верују да су то кључеви масовне електричне мобилности, а не литијум-јонске батерије. Сиан их користи за складиштење електричне енергије и по потреби напаја је својим малим електричним мотором.

Предности суперкондензатора

Суперкондензатори се пуне и ослобађају енергију много брже од већине модерних батерија. Поред тога, они могу издржати знатно више циклуса пуњења и пражњења без губитка капацитета.

У случају Сиан-а, суперкондензатор покреће електромотор снаге 25 киловата који је уграђен у мењач. Може да пружи додатно појачање 6,5-литарском В12 мотору са унутрашњим сагоревањем од 785 коњских снага или да самостално вози спортски аутомобил током маневара при малим брзинама, попут паркирања.

С обзиром да је пуњење врло брзо, овај хибрид не треба прикључити у зидну утичницу или станицу за пуњење. Суперкондензатори се потпуно напуне сваки пут када возило закочи. Хибридни акумулатори такође имају поврат енергије кочења, али је спор и само делимично помаже у проширењу електричног домета.

Суперкондензатор има још један веома велики адут: тежину. У Ламборгхини Сиан-у, цео систем – електрични мотор плус кондензатор – додаје само 34 килограма тежини. У овом случају, повећање снаге је 33,5 коњских снага. Поређења ради, само батерија Ренаулт Зое (са 136 коњских снага) тежи око 400 кг.

Мане суперкондензатора

Наравно, суперкондензатори имају и недостатке у поређењу са батеријама. Временом акумулирају енергију много горе - ако Сиан није возио недељу дана, у кондензатору нема енергије. Али постоје и могућа решења за овај проблем. Ламборгхини ради са Технолошким институтом Масачусетса (МИТ) на стварању чисто електричног модела заснованог на суперкондензаторима, познатом концепту Терзо Милленио (Трећи миленијум).

бст

Иначе, Ламборгини, који је под окриљем Фолксваген групе, није једина компанија која експериментише у овој области. Хибридни модели Пежоа већ годинама користе суперкондензаторе, као и Тојотини и Хондини модели са водоничним горивним ћелијама. Кинески и корејски произвођачи их уграђују у електричне аутобусе и камионе. А прошле године, Тесла је купио Максвел електроникс, једног од највећих светских произвођача суперкондензатора, што је сигуран знак да бар Елон Маск верује у будућност технологије.

7 кључних чињеница за разумевање суперкондензатора

1 Како раде батерије

Технологија батерија је једна од ствари које смо дуго узимали здраво за готово без размишљања о томе како функционише. Већина људи замишља да приликом пуњења једноставно „сипамо“ струју у батерију, као воду у чашу.

Али батерија не складишти електричну енергију директно, већ је генерише само када је потребна хемијском реакцијом између две електроде и течности (најчешће) која их раздваја, која се назива електролит. У овој реакцији, хемикалије у њему се претварају у друге. Током овог процеса производи се електрична енергија. Када се потпуно претворе, реакција се зауставља - батерија се празни.

Међутим, код пуњивих батерија реакција може да се деси и у супротном смеру – када је пуните, енергија покреће обрнути процес, који враћа оригиналне хемикалије. Ово се може поновити стотине или хиљаде пута, али неизбежно долази до губитака. Временом се паразитске супстанце накупљају на електродама, тако да је век батерије ограничен (обично 3000 до 5000 циклуса).

2 Како раде кондензатори

У кондензатору се не одвијају хемијске реакције. Позитивне и негативне набоје генерише искључиво статички електрицитет. Унутар кондензатора налазе се две проводне металне плоче одвојене изолационим материјалом који се назива диелектрик.

Пуњење је врло слично трљању лопте у вунени џемпер тако да се лепи статичким електрицитетом. Позитивни и негативни набоји се накупљају у плочама, а сепаратор између њих, који спречава њихов контакт, заправо је средство за складиштење енергије. Кондензатор се може напунити и испразнити чак милион пута без губитка капацитета.

3 Шта су суперкондензатори

Конвенционални кондензатори су премали за складиштење енергије - обично се мере у микрофарадима (милиони фарада). Због тога су суперкондензатори измишљени 1950-их. У њиховим највећим индустријским варијантама, које производе компаније попут Маквелл Тецхнологиес, ​​капацитет достиже неколико хиљада фарада, односно 10-20% капацитета литијум-јонске батерије.

4 Како раде суперкондензатори

За разлику од конвенционалних кондензатора, нема диелектрика. Уместо тога, две плоче су уроњене у електролит и одвојене веома танким изолационим слојем. Капацитет суперкондензатора се заправо повећава како се површина ових плоча повећава, а растојање између њих смањује. Да би повећали површину, тренутно су обложени порозним материјалима као што су угљеничне наноцеви (тако мале да их 10 милијарди стане у један квадратни цм). Сепаратор може бити дебео само један молекул са слојем графена.

Да бисте разумели разлику, најбоље је електричну енергију сматрати водом. Једноставни кондензатор би тада био попут папирнатог пешкира који може да упије ограничену количину. Суперкондензатор је кухињска сунђер у примеру.

5 батерија: за и против

Батерије имају једну значајну предност - високу густину енергије, што им омогућава да складиште релативно велике количине енергије у малом резервоару.

Међутим, они имају и многе недостатке – велику тежину, ограничен животни век, споро пуњење и релативно споро ослобађање енергије. Поред тога, за њихову производњу користе се токсични метали и друге опасне материје. Батерије су ефикасне само у уском температурном опсегу, тако да их често треба хладити или грејати, смањујући њихову високу ефикасност.

6 суперкондензатора: за и против

Суперкондензатори су много лакши од батерија, њихов век је неупоредиво дужи, не захтевају никакве опасне материје, пуне се и ослобађају енергију скоро тренутно. Пошто немају скоро никакав унутрашњи отпор, не троше енергију за функционисање - њихова ефикасност је 97-98%. Суперкондензатори раде без значајних одступања у читавом опсегу од -40 до +65 степени Целзијуса.

Недостатак је што они складиште знатно мање енергије од литијум-јонских батерија.

7 Нови садржај

Чак и најнапреднији модерни суперкондензатори не могу у потпуности заменити батерије у електричним возилима. Али многи научници и приватне компаније раде на њиховом побољшању. На пример, у Великој Британији Супердиелецтрицс ради са материјалом оригинално развијеним за производњу контактних сочива.

Скелетон Тецхнологиес ради са графеном, алотропним обликом угљеника. Један слој дебљине једног атома је 100 пута јачи од челика високе чврстоће, а само 1 грам може покрити 2000 квадратних метара. Компанија је уградила графенске суперкондензаторе у конвенционалне дизел комбије и постигла уштеду горива од 32%.

Упркос чињеници да суперкондензатори још увек не могу у потпуности заменити батерију, данас постоји позитиван тренд у развоју ове технологије.

Питања и одговори:

Како ради суперкондензатор? Ради на исти начин као кондензатор великог капацитета. У њему се електрична енергија акумулира због статике током поларизације електролита. Иако је у питању електрохемијски уређај, не долази до хемијске реакције.

Чему служи суперкондензатор? Суперкондензатори се користе за складиштење енергије, стартовање мотора, у хибридним возилима, као извори краткотрајне струје.

Како се суперкондензатор разликује од различитих типова батерија? Батерија је способна да генерише електричну енергију сама кроз хемијску реакцију. Суперкондензатор само акумулира ослобођену енергију.

Где се користи суперкондензатор? Кондензатори малог капацитета се користе у блиц јединицама (потпуно испражњеним) иу било ком систему који захтева велики број циклуса пражњења / пуњења.