Дали суперкондензаторите можат да ги заменат батериите во електричните возила?

Електричните автомобили и хибридите се цврсто вкоренети во главите на модерниот возач како нова рунда во еволуцијата на возилата. Во споредба со моделите опремени со ICE, овие возила имаат свои предности и недостатоци.

Предностите секогаш вклучуваат тивка работа, како и отсуство на загадување за време на возењето (иако денес производството на една батерија за електричен автомобил ја загадува животната средина повеќе од 30 години работа на еден дизел мотор).

Главниот недостаток на електричните возила е потребата од полнење на батеријата. Во врска со ова, водечките производители на автомобили развиваат разни опции за тоа како да се зголеми траењето на батеријата и да се зголеми интервалот помеѓу полнењата. Една од овие опции е употребата на суперкондензатори.

Размислете за оваа технологија користејќи го примерот на новата автомобилска индустрија - Lamborghini Sian. Кои се предностите и недостатоците на овој развој?

Ново на пазарот на електрични возила

Кога Ламборџини ќе започне да лансира хибрид, можете да бидете сигурни дека тоа нема да биде само помоќна верзија на Тојота Приус.

Сијан, деби на италијанската компанија за електрификација, е првиот производствен хибриден автомобил (огромни 63 единици) кој користи суперкондензатори наместо литиум-јонски батерии.

Многу физичари и инженери веруваат дека тие го имаат клучот за масовна електрична подвижност, наместо литиум-јонските батерии. Сијан ги користи за складирање на електрична енергија и, доколку е потребно, за да го нахрани неговиот мал електричен мотор.

Предностите на суперкондензаторите

Супер кондензаторите се полнат и ослободуваат енергија многу побрзо од повеќето современи батерии. Покрај тоа, тие можат да издржат значително повеќе циклуси на полнење и празнење без да изгубат капацитет.

Во случајот на Сијан, суперкондензаторот вози електричен мотор од 25 киловати, кој е вграден во менувачот. Може или да обезбеди дополнително засилување на моторот со внатрешно согорување 6,5 литарски V12 со 785 коњски сили, или да го вози спортскиот автомобил самостојно за време на маневри со мала брзина како што е паркирање.

Бидејќи полнењето е многу брзо, овој хибрид не треба да се вклучува во wallиден штекер или станица за полнење. Суперкондензаторите се полнат целосно кога сопира возилото. Хибридите на батериите исто така имаат обновување на енергијата на сопирање, но тоа е бавно и само делумно помага во проширување на електричниот опсег.

Суперкондензаторот има уште еден многу голем адут: тежина. Во Lamborghini Sian, целиот систем – електричниот мотор плус кондензаторот – додава само 34 килограми на тежината. Во овој случај, зголемувањето на моќноста е 33,5 коњски сили. За споредба, само батеријата на Renault Zoe (со 136 коњски сили) тежи околу 400 килограми.

Недостатоци на суперкондензаторите

Се разбира, суперкондензаторите имаат и недостатоци во споредба со батериите. Со текот на времето, тие акумулираат енергија многу полошо - ако Сиан не возел една недела, нема да остане енергија во кондензаторот. Но, постојат и можни решенија за овој проблем. Lamborghini работи со Технолошкиот институт во Масачусетс (MIT) за да создаде чисто електричен модел базиран на суперкондензатори, познатиот концепт Terzo Millenio (Трет милениум).

bst

Инаку, Lamborghini, која е под покровителство на Volkswagen Group, не е единствената компанија која експериментира во оваа област. Хибридните модели на Peugeot користат суперкондензатори со години, како и моделите на водородни горивни ќелии на Toyota и Honda. Кинеските и корејските производители ги вградуваат во електрични автобуси и камиони. И минатата година, Tesla ја купи Maxwell Electronics, еден од најголемите светски производители на суперкондензатори, што е сигурен знак дека барем Илон Маск верува во иднината на технологијата.

7 клучни факти за разбирање на суперкондензаторите

1 Како работат батериите

Технологијата на батериите е една од работите кои долго време ги земавме здраво за готово без да размислуваме како функционира. Повеќето луѓе замислуваат дека кога се полни, едноставно „истураме“ струја во батеријата, како вода во чаша.

Но, батеријата не складира електрична енергија директно, туку ја генерира само кога е потребно со хемиска реакција помеѓу две електроди и течност (најчесто) што ги раздвојува, наречена електролит. Во оваа реакција, хемикалиите во него се претвораат во други. Во текот на овој процес се создава електрична енергија. Кога тие се целосно претворени, реакцијата престанува - батеријата е испразнета.

Меѓутоа, кај батериите што се полнат, реакцијата може да се случи и во спротивна насока - кога ќе ја полните, енергијата го започнува обратниот процес, со што се враќаат оригиналните хемикалии. Ова може да се повтори стотици или илјадници пати, но неизбежно има загуби. Со текот на времето, паразитски супстанции се наталожуваат на електродите, така што траењето на батеријата е ограничено (обично од 3000 до 5000 циклуси).

2 Како работат кондензаторите

Не се случуваат хемиски реакции во кондензаторот. Позитивните и негативните полнежи се генерираат исклучиво од статички електрицитет. Во внатрешноста на кондензаторот има две проводни метални плочи одделени со изолационен материјал наречен диелектрик.

Полнењето е многу слично на триење топка во волнен џемпер, така што ќе се залепи со статички електрицитет. Позитивните и негативните полнежи се акумулираат во плочите, а сепараторот меѓу нив, што ги спречува да дојдат во контакт, всушност е средство за складирање на енергија. Кондензаторот може да се наполни и испразни дури милион пати без да се изгуби капацитетот.

3 Што се суперкондензатори

Конвенционалните кондензатори се премногу мали за да складираат енергија - обично се мерат во микрофаради (милиони фарди). Ова е причината зошто суперкондензаторите беа измислени во 1950-тите. Во нивните најголеми индустриски варијанти, произведени од компании како Maxwell Technologies, капацитетот достигнува неколку илјади фаради, односно 10-20% од капацитетот на литиум-јонската батерија.

4 Како работат суперкондензаторите

За разлика од конвенционалните кондензатори, нема диелектрик. Наместо тоа, двете плочи се потопени во електролит и одделени со многу тенок изолационен слој. Капацитетот на суперкондензаторот всушност се зголемува како што се зголемува површината на овие плочи и се намалува растојанието меѓу нив. За да се зголеми површината, тие моментално се обложени со порозни материјали како што се јаглеродни наноцевки (толку мали што 10 милијарди од нив се вклопуваат во еден квадратен cm). Сепараторот може да биде дебел само една молекула со слој од графен.

За да ја разберете разликата, најдобро е да размислите за електрична енергија како вода. Едноставен кондензатор тогаш би бил како хартиена крпа што може да апсорбира ограничена количина. Суперкондензаторот е кујнски сунѓер во примерот.

5 батерии: Добрите и лошите страни

Батериите имаат една значајна предност - висока енергетска густина, што им овозможува да складираат релативно големи количини на енергија во мал резервоар.

Сепак, тие имаат и многу недостатоци - голема тежина, ограничен животен век, бавно полнење и релативно бавно ослободување на енергија. Покрај тоа, за нивно производство се користат токсични метали и други опасни материи. Батериите се ефикасни само во тесен температурен опсег, па честопати треба да се ладат или загреваат, намалувајќи ја нивната висока ефикасност.

6 суперкондензатори: добрите и лошите страни

Суперкондензаторите се многу полесни од батериите, нивниот животен век е неспоредливо подолг, не бараат никакви опасни материи, тие се полнат и ослободуваат енергија речиси моментално. Бидејќи тие немаат речиси никаков внатрешен отпор, тие не трошат енергија за да функционираат - нивната ефикасност е 97-98%. Суперкондензаторите работат без значителни отстапувања во целиот опсег од -40 до +65 степени Целзиусови.

Недостаток е што тие складираат значително помалку енергија отколку литиум-јонските батерии.

7 Нова содржина

Дури и најнапредните современи суперкондензатори не можат целосно да ги заменат батериите во електричните возила. Но, многу научници и приватни компании работат на нивно подобрување. На пример, во Велика Британија, Superdielectrics работи со материјал првично развиен за производство на контактни леќи.

Skeleton Technologies работи со графен, алотропна форма на јаглерод. Еден слој со дебелина од еден атом е 100 пати посилен од челик со висока цврстина, а само 1 грам од него може да покрие 2000 квадратни метри. Компанијата инсталираше графен суперкондензатори во конвенционалните дизел комбиња и постигна 32% заштеда на гориво.

И покрај фактот дека суперкондензаторите не можат целосно да ги заменат батериите, денес постои позитивен тренд во развојот на оваа технологија.

Прашања и одговори:

Како работи суперкондензатор? Работи на ист начин како кондензатор со висок капацитет. Во него електричната енергија се акумулира поради статичност при поларизација на електролитот. Иако е електрохемиски уред, не се случува хемиска реакција.

За што служи суперкондензатор? Суперкондензаторите се користат за складирање на енергија, стартни мотори, во хибридни возила, како извори на краткорочна струја.

Како суперкондензаторот се разликува од различните типови на батерии? Батеријата е способна сама да генерира електрична енергија преку хемиска реакција. Суперкондензаторот само ја акумулира ослободената енергија.

Каде се користи суперкондензаторот? Кондензатори со низок капацитет се користат во блиц-единици (целосно испразнети) и во секој систем кој бара голем број циклуси на празнење / полнење.