A mund të superkondensatorët të zëvendësojnë bateritë në automjetet elektrike?

Makinat elektrike dhe hibridet janë të rrënjosura fort në mendjet e automobilistit modern si një raund i ri në evolucionin e automjeteve. Kur krahasohen me modelet e pajisura me ICE, këto automjete kanë avantazhet dhe disavantazhet e tyre.

Përparësitë gjithmonë përfshijnë funksionimin e qetë, si dhe mungesën e ndotjes gjatë ngasjes (megjithëse sot prodhimi i një baterie për një makinë elektrike ndot mjedisin më shumë se 30 vjet të funksionimit të një motori të vetëm me naftë).

Disavantazhi kryesor i automjeteve elektrike është nevoja për të ngarkuar baterinë. Në lidhje me këtë, prodhuesit kryesorë të makinave po zhvillojnë mundësi të ndryshme për mënyrën e rritjes së jetëgjatësisë së baterisë dhe rritjen e intervalit midis ngarkesave. Një nga këto mundësi është përdorimi i super kondensatorëve.

Konsideroni këtë teknologji duke përdorur shembullin e një industrie të re të makinave - Lamborghini Sian. Cilat janë avantazhet dhe disavantazhet e këtij zhvillimi?

E re në tregun e automjeteve elektrike

Kur Lamborghini fillon të nxjerrë një hibrid, mund të jeni të sigurt se nuk do të jetë vetëm një version më i fuqishëm i Toyota Prius.

Sian, debutimi i kompanisë italiane të elektrifikimit, është makina e parë hibride e prodhimit (një dajak 63) që përdor super kondensatorë në vend të baterive të jonit litium.

Shumë fizikanë dhe inxhinierë besojnë se ata mbajnë çelësin e lëvizshmërisë masive elektrike, në vend se bateritë e jonit litium. Sian i përdor këto për të ruajtur energjinë elektrike dhe, kur është e nevojshme, ta ushqejë atë me motorin e tij të vogël elektrik.

Përparësitë e superkondensatorëve

Supervacitorët karikojnë dhe lëshojnë energji shumë më shpejt se shumica e baterive moderne. Përveç kësaj, ato mund të përballojnë dukshëm më shumë cikle ngarkese dhe shkarkimi pa humbur kapacitetin.

Në rastin e Sian, superkondensatori drejton një motor elektrik 25 kilovat që është i integruar në kutinë e shpejtësisë. Ai ose mund të sigurojë një shtim shtesë të motorit me djegie të brendshme 6,5 litërsh 12 kuaj fuqi, ose mund ta drejtojë veturën sportive gjatë manovrave me shpejtësi të ulët siç është parkimi.

Meqenëse karikimi është shumë i shpejtë, ky hibrid nuk ka nevojë të futet në prizë muri ose stacion karikimi. Supervensorët ngarkohen plotësisht sa herë që automjeti frenon. Hibridet e baterive gjithashtu kanë rikuperimin e energjisë së frenimit, por është i ngadaltë dhe vetëm pjesërisht ndihmon në zgjatjen e kilometrazhit elektrik.

Superkondensatori ka një tjetër atu shumë të madhe: peshën. Në Lamborghini Sian, i gjithë sistemi - motori elektrik plus kondensatori - i shton peshës vetëm 34 kilogramë. Në këtë rast, rritja e fuqisë është 33,5 kuaj fuqi. Për krahasim, vetëm bateria Renault Zoe (me 136 kuaj fuqi) peshon rreth 400 kg.

Disavantazhet e super kondensatorëve

Sigurisht, superkondensatorët kanë edhe disavantazhe në krahasim me bateritë. Me kalimin e kohës, ata grumbullojnë energji shumë më keq - nëse Sian nuk ka hipur për një javë, nuk ka mbetur energji në kondensator. Por ka edhe zgjidhje të mundshme për këtë problem. Lamborghini po punon me Institutin e Teknologjisë në Massachusetts (MIT) për të krijuar një model thjesht elektrik të bazuar në superkondensatorë, konceptin e famshëm Terzo Millenio (Mileniumi i Tretë).

BST

Nga rruga, Lamborghini, e cila është nën kujdesin e Volkswagen Group, nuk është e vetmja kompani që eksperimenton në këtë fushë. Modelet hibride Peugeot kanë vite që përdorin superkondensatorë, ashtu si modelet e qelizave të karburantit me hidrogjen të Toyota dhe Honda. Prodhuesit kinezë dhe koreanë po i instalojnë ato në autobusë dhe kamionë elektrikë. Dhe vitin e kaluar, Tesla bleu Maxwell Electronics, një nga prodhuesit më të mëdhenj të superkondensatorëve në botë, një shenjë e sigurt se të paktën Elon Musk beson në të ardhmen e teknologjisë.

7 fakte kryesore për të kuptuar superkondensatorët

1 Si funksionojnë bateritë

Teknologjia e baterive është një nga gjërat që prej kohësh e kemi marrë si të mirëqenë pa menduar se si funksionon. Shumica e njerëzve imagjinojnë se kur karikojmë, ne thjesht "derdhim" energji elektrike në bateri, si uji në një gotë.

Por një bateri nuk ruan drejtpërdrejt energjinë elektrike, por e gjeneron atë vetëm kur nevojitet nga një reaksion kimik midis dy elektrodave dhe një lëngu (më së shpeshti) që i ndan ato, i quajtur elektrolit. Në këtë reagim, kimikatet në të shndërrohen në të tjera. Gjatë këtij procesi prodhohet energji elektrike. Kur ato konvertohen plotësisht, reagimi ndalon - bateria shkarkohet.

Megjithatë, me bateritë e rikarikueshme, reagimi mund të ndodhë edhe në drejtim të kundërt - kur e ngarkoni, energjia fillon procesin e kundërt, i cili rikthen kimikatet origjinale. Kjo mund të përsëritet qindra ose mijëra herë, por në mënyrë të pashmangshme ka humbje. Me kalimin e kohës, substancat parazitare grumbullohen në elektroda, kështu që jeta e baterisë është e kufizuar (zakonisht 3000 deri në 5000 cikle).

2 Si funksionojnë kondensatorët

Asnjë reaksion kimik nuk bëhet në kondensator. Ngarkesat pozitive dhe negative gjenerohen ekskluzivisht nga elektriciteti statik. Brenda kondensatorit ndodhen dy pllaka përçuese metalike të ndara nga një material izolues i quajtur dielektrik.

Karikimi është shumë i ngjashëm me fërkimin e një topi në një triko leshi në mënyrë që të ngjitet me elektricitet statik. Ngarkesat pozitive dhe negative grumbullohen në pllaka, dhe ndarësi midis tyre, i cili i pengon ata të vijnë në kontakt, është në fakt një mjet për ruajtjen e energjisë. Kondensatori mund të karikohet dhe shkarkohet edhe një milion herë pa humbje të kapacitetit.

3 Cilat janë superkondensatorët

Kondensatorët konvencionalë janë shumë të vegjël për të ruajtur energjinë - zakonisht maten në mikrofarad (miliona faradë). Kjo është arsyeja pse superkondensatorët u shpikën në vitet 1950. Në variantet e tyre më të mëdha industriale, të prodhuara nga kompani të tilla si Maxwell Technologies, kapaciteti arrin disa mijëra farad, domethënë 10-20% të kapacitetit të një baterie litium-jon.

4 Si funksionojnë superkondensatorët

Ndryshe nga kondensatorët konvencionalë, nuk ka dielektrikë. Në vend të kësaj, të dy pllakat janë zhytur në një elektrolit dhe ndahen nga një shtresë shumë e hollë izoluese. Kapaciteti i një superkondensatori në të vërtetë rritet kur sipërfaqja e këtyre pllakave rritet dhe distanca midis tyre zvogëlohet. Për të rritur sipërfaqen, ato aktualisht janë të veshura me materiale poroze si nanotubat e karbonit (aq të vegjël sa 10 miliardë prej tyre përshtaten në një cm katror). Ndarësi mund të jetë vetëm një molekulë e trashë me një shtresë grafeni.

Për të kuptuar ndryshimin, është më mirë të mendoni për energjinë elektrike si ujë. Një kondensator i thjeshtë do të ishte atëherë si një peshqir letre që mund të thithë një sasi të kufizuar. Superkondensatori është sfungjeri i kuzhinës në shembull.

5 Bateri: Pro dhe kundër

Bateritë kanë një avantazh të rëndësishëm - dendësi të lartë të energjisë, e cila u lejon atyre të ruajnë sasi relativisht të mëdha të energjisë në një rezervuar të vogël.

Megjithatë, ato kanë gjithashtu shumë disavantazhe - peshë të madhe, jetë të kufizuar, karikim të ngadaltë dhe lëshim relativisht të ngadaltë të energjisë. Përveç kësaj, metale toksike dhe substanca të tjera të rrezikshme përdoren për prodhimin e tyre. Bateritë janë efikase vetëm në një gamë të ngushtë temperaturash, kështu që ato shpesh duhet të ftohen ose ngrohen, duke ulur efikasitetin e tyre të lartë.

6 superkondensatorë: Pro dhe kundër

Superkondensatorët janë shumë më të lehtë se bateritë, jeta e tyre është pakrahasueshme më e gjatë, nuk kërkojnë substanca të rrezikshme, ngarkojnë dhe lëshojnë energji pothuajse menjëherë. Meqenëse nuk kanë pothuajse asnjë rezistencë të brendshme, ata nuk konsumojnë energji për të funksionuar - efikasiteti i tyre është 97-98%. Superkondensatorët funksionojnë pa devijime të konsiderueshme në të gjithë gamën nga -40 në +65 gradë Celsius.

Disavantazhi është se ata ruajnë ndjeshëm më pak energji sesa bateritë e jonit litium.

7 Përmbajtje e re

Edhe superkondensatorët modernë më të përparuar nuk mund të zëvendësojnë plotësisht bateritë në automjetet elektrike. Por shumë shkencëtarë dhe kompani private po punojnë për t'i përmirësuar ato. Për shembull, në MB, Superdielectrics po punon me një material të zhvilluar fillimisht për prodhimin e lenteve të kontaktit.

Skeleton Technologies po punon me grafen, një formë alotropike e karbonit. Një shtresë e trashë e një atomi është 100 herë më e fortë se çeliku me rezistencë të lartë dhe vetëm 1 gram prej saj mund të mbulojë 2000 metra katrorë. Kompania instaloi superkondensatorë grafeni në furgonat konvencionale me naftë dhe arriti 32% kursim të karburantit.

Përkundër faktit se superkondensatorët ende nuk mund të zëvendësojnë plotësisht baterinë, sot ka një trend pozitiv në zhvillimin e kësaj teknologjie.

Pyetje dhe Përgjigje:

Si funksionon një superkondensator? Punon në të njëjtën mënyrë si një kondensator me kapacitet të lartë. Në të, energjia elektrike grumbullohet për shkak të statikës gjatë polarizimit të elektrolitit. Edhe pse është një pajisje elektrokimike, nuk ndodh asnjë reaksion kimik.

Për çfarë shërben një superkondensator? Superkondensatorët përdoren për ruajtjen e energjisë, ndezjen e motorëve, në automjetet hibride, si burime të rrymës afatshkurtër.

Si ndryshon një superkondensator nga llojet e ndryshme të baterive? Bateria është e aftë të gjenerojë vetë energji elektrike përmes një reaksioni kimik. Superkondensatori grumbullon vetëm energjinë e çliruar.

Ku përdoret superkondensatori? Kondensatorët me kapacitet të ulët përdoren në njësitë flash (të shkarkuar plotësisht) dhe në çdo sistem që kërkon një numër të madh ciklesh shkarkimi / ngarkimi.