هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟
مقالات,  جهاز السيارة

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

السيارات الكهربائية والهجينة راسخة في أذهان سائقي السيارات الحديثين ، كجولة جديدة في تطور المركبات. إذا اعتبرنا هذه السيارات بالمقارنة مع النماذج المجهزة بـ ICE ، فإن لها مزاياها وعيوبها.

تشمل المزايا دائمًا التشغيل بلا ضوضاء ، بالإضافة إلى عدم وجود تلوث أثناء الركوب (على الرغم من أن تصنيع بطارية واحدة لسيارة كهربائية اليوم يلوث البيئة أكثر من 30 عامًا من تشغيل محرك ديزل واحد).

العيب الرئيسي للسيارات الكهربائية هو الحاجة لشحن البطارية. بالتزامن مع هذا ، يقوم صانعو السيارات الرائدون بتطوير خيارات مختلفة ، كما لو كان ذلك لزيادة عمر البطارية وزيادة الفاصل الزمني بين الشحنات. أحد هذه الخيارات هو استخدام المكثفات الفائقة.

ضع في اعتبارك هذه التقنية باستخدام مثال صناعة السيارات الجديدة - Lamborghini Sian. ما هي مزايا وعيوب هذا التطور؟

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

الجديد في سوق السيارات الكهربائية

عندما تبدأ Lamborghini في طرح سيارة هجينة ، يمكنك أن تطمئن إلى أنها لن تكون مجرد نسخة أكثر قوة من Toyota Prius.

سيان ، أول ظهور لشركة إيطالية في مجال الكهرباء ، هي أول سيارة هجينة يتم إنتاجها بكميات كبيرة (ما يصل إلى 63 نسخة) ، حيث يتم استخدام المكثفات الفائقة بدلاً من بطاريات ليثيوم أيون.

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

يعتقد العديد من الفيزيائيين والمهندسين أنه في داخلهم ، وليس في بطاريات أيونات الليثيوم ، هو مفتاح الحركة الكهربائية الجماعية. يستخدم سيان مثل هذا لتخزين الكهرباء ، وإذا لزم الأمر ، قم بتزويدها بمحركها الكهربائي الصغير.

مزايا المكثفات الفائقة

مقارنة بأحدث البطاريات ، تقوم المكثفات الفائقة بشحن الطاقة وإطلاقها بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم تحمل المزيد من دورات الشحن والتفريغ دون فقد السعة.

في حالة Sian ، يقود المكثف الفائق محركًا كهربائيًا بقدرة 25 كيلووات ، والذي تم بناؤه في علبة التروس. يمكن أن توفر زيادة إضافية في محرك V6,5 ICE سعة 12 لتر بسعة 785 حصانًا ، أو قيادة سيارة رياضية من تلقاء نفسها أثناء المناورات بسرعة منخفضة ، على سبيل المثال ، عند وقوف السيارات.

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

نظرًا لأن الشحن سريع جدًا ، لا يحتاج هذا الهجين إلى توصيله بمقبس الحائط أو محطة الشحن. يتم شحن المكثفات الفائقة بالكامل في كل مرة تتباطأ فيها السيارة. تتميز هجينة البطارية أيضًا باستعادة طاقة الكبح ، ولكنها بطيئة وتساعد جزئيًا على تمديد عدد الأميال الكهربائية.

المكثف الفائق لديه بطاقة رابحة أخرى كبيرة جدًا: الوزن. في لامبورغيني سيان ، يضيف النظام بأكمله - المحرك الكهربائي بالإضافة إلى المكثف - 34 كيلوجرامًا فقط إلى الوزن. في هذه الحالة ، تكون الزيادة في القوة 33,5 حصانًا. للمقارنة ، تزن بطارية رينو زوي وحدها (بقوة 136 حصانًا) حوالي 400 كجم.

مساوئ المكثفات الفائقة

بالطبع ، للمكثفات الفائقة أيضًا عيوبًا مقارنة بالبطاريات. بمرور الوقت ، تتراكم الطاقة بشكل أسوأ بكثير - إذا لم يركب سيان لمدة أسبوع ، فلا توجد طاقة متبقية في المكثف. ولكن هناك أيضًا حلول ممكنة لهذه المشكلة. تعمل لامبورغيني مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) لإنشاء نموذج كهربائي بحت يعتمد على المكثفات الفائقة ، وهو مفهوم Terzo Millenio الشهير (الألفية الثالثة).

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟
BST

بالمناسبة ، لامبورغيني ، تحت رعاية مجموعة فولكس فاجن ، ليست الشركة الوحيدة التي تقوم بالتجربة في هذا المجال. تستخدم طرازات بيجو هايبرد المكثفات الفائقة لسنوات ، كما هو الحال مع موديلات خلايا وقود الهيدروجين من تويوتا وهوندا. يقوم المصنعون الصينيون والكوريون بتركيبها في حافلات وشاحنات كهربائية. وفي العام الماضي ، اشترت Tesla شركة Maxwell Electronics ، إحدى أكبر شركات تصنيع المكثفات الفائقة في العالم ، وهي علامة أكيدة على أن Elon Musk يؤمن على الأقل بمستقبل التكنولوجيا.

7 حقائق أساسية لفهم المكثفات الفائقة

1 كيف تعمل البطاريات

تعد تقنية البطارية من الأشياء التي اعتبرناها منذ فترة طويلة أمرًا مفروغًا منه دون التفكير في كيفية عملها. يتصور معظم الناس أنه عند الشحن ، فإننا ببساطة "نصب" الكهرباء في البطارية ، مثل الماء في كوب.

لكن البطارية لا تخزن الكهرباء بشكل مباشر ، ولكنها تولدها فقط عند الحاجة إلى تفاعل كيميائي بين قطبين وسائل (الأكثر شيوعًا) يفصل بينهما ، يسمى إلكتروليت. في هذا التفاعل ، يتم تحويل المواد الكيميائية الموجودة فيه إلى مواد كيميائية أخرى. خلال هذه العملية ، يتم توليد الكهرباء. عندما يتم تحويلها بالكامل ، يتوقف التفاعل - يتم تفريغ البطارية.

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

ومع ذلك ، مع البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، يمكن أن يحدث التفاعل أيضًا في الاتجاه المعاكس - عندما تقوم بشحنها ، تبدأ الطاقة في العملية العكسية ، والتي تستعيد المواد الكيميائية الأصلية. قد يتكرر هذا مئات أو آلاف المرات ، لكن لا محالة هناك خسائر. بمرور الوقت ، تتراكم المواد الطفيلية على الأقطاب الكهربائية ، لذلك يكون عمر البطارية محدودًا (عادةً من 3000 إلى 5000 دورة).

2 كيف المكثفات

لا توجد تفاعلات كيميائية في المكثف. يتم إنتاج الشحنات الإيجابية والسلبية حصريًا بواسطة الكهرباء الساكنة. يوجد داخل المكثف لوحان معدنيان موصلان يفصل بينهما مادة عازلة تسمى عازل.

يشبه الشحن إلى حد كبير فرك الكرة في سترة صوفية بحيث تلتصق بالكهرباء الساكنة. تتراكم الشحنات الإيجابية والسلبية في اللوحات ، والفاصل بينها ، الذي يمنعها من الاتصال ، هو في الواقع وسيلة لتخزين الطاقة. يمكن شحن المكثف وتفريغه حتى مليون مرة دون فقدان السعة.

3 ما هي المكثفات الفائقة

المكثفات التقليدية أصغر من أن تخزن الطاقة - تقاس عادة بالميكروفاراد (ملايين الفاراد). هذا هو سبب اختراع المكثفات الفائقة في الخمسينيات من القرن الماضي. في أكبر المتغيرات الصناعية الخاصة بهم ، والتي تصنعها شركات مثل Maxwell Technologies ، تصل السعة إلى عدة آلاف من الفاراد ، أي 1950-10 ٪ من سعة بطارية ليثيوم أيون.

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

4 كيف تعمل المكثفات الفائقة

على عكس المكثفات التقليدية ، لا يوجد عازل. بدلاً من ذلك ، يتم غمر الصفيحتين في إلكتروليت ويفصل بينهما طبقة عازلة رقيقة جدًا. في الواقع ، تزداد سعة المكثف الفائق مع زيادة مساحة هذه الألواح وتناقص المسافة بينهما. لزيادة مساحة السطح ، يتم تغليفها حاليًا بمواد مسامية مثل الأنابيب النانوية الكربونية (صغيرة جدًا بحيث تتسع 10 مليارات منها في سم مربع واحد). يمكن أن يكون الفاصل بسماكة جزيء واحد فقط بطبقة من الجرافين.

لفهم الاختلاف ، من الأفضل أن نتخيل الكهرباء كمياه. سيبدو المكثف البسيط في هذه الحالة كمنشفة ورقية يمكنها امتصاص كمية محدودة. المكثفات الفائقة هي إسفنجة مطبخ في المثال.

5 بطاريات: إيجابيات وسلبيات

تتمتع البطاريات بميزة واحدة مهمة - كثافة الطاقة العالية ، والتي تسمح لها بتخزين كميات كبيرة نسبيًا من الطاقة في خزان صغير.

ومع ذلك ، فإن لها أيضًا العديد من العيوب - الوزن الثقيل والعمر المحدود والشحن البطيء وإطلاق الطاقة البطيء نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المعادن السامة والمواد الخطرة الأخرى في إنتاجها. تعتبر البطاريات فعالة فقط في نطاق درجة حرارة ضيقة ، لذلك غالبًا ما تحتاج إلى التبريد أو التسخين ، مما يقلل من كفاءتها العالية.

هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية؟

6 مكثفات فائقة: إيجابيات وسلبيات

المكثفات الفائقة أخف بكثير من البطاريات ، وعمرها أطول بما لا يقاس ، ولا تتطلب أي مواد خطرة ، فهي تشحن وتطلق الطاقة على الفور تقريبًا. نظرًا لعدم وجود مقاومة داخلية تقريبًا ، فإنها لا تستهلك الطاقة لتعمل - كفاءتها تصل إلى 97-98٪. تعمل المكثفات الفائقة دون انحرافات كبيرة في النطاق الكامل من -40 إلى +65 درجة مئوية.

العيب هو أنها تخزن طاقة أقل بكثير من بطاريات أيونات الليثيوم.

7 مواد جديدة

حتى المكثفات الفائقة الحديثة الأكثر تقدمًا لا يمكنها استبدال البطاريات في السيارات الكهربائية تمامًا. لكن العديد من العلماء والشركات الخاصة يعملون على تحسينها. على سبيل المثال ، في المملكة المتحدة ، تعمل Superdielectrics مع المواد التي تم إنشاؤها في الأصل لتصنيع العدسات اللاصقة.

تعمل شركة Skeleton Technologies مع الجرافين ، وهو شكل متآصل من الكربون. طبقة واحدة بسماكة ذرة واحدة أقوى 100 مرة من الفولاذ عالي القوة ، و 1 جرام فقط منها يمكن أن يغطي 2000 متر مربع. قامت الشركة بتركيب مكثفات الجرافين الفائقة في شاحنات الديزل التقليدية وحققت توفيرًا في الوقود بنسبة 32٪.

على الرغم من حقيقة أن المكثفات الفائقة لا تزال لا تستطيع استبدال البطاريات بالكامل ، إلا أن هناك اليوم اتجاهًا إيجابيًا في تطوير هذه التكنولوجيا.

أسئلة وأجوبة:

كيف يعمل المكثف الفائق؟ إنه يعمل بنفس طريقة عمل مكثف عالي السعة. في ذلك ، تتراكم الكهرباء بسبب ساكنة أثناء استقطاب المنحل بالكهرباء. على الرغم من أنه جهاز كهروكيميائي ، لا يحدث أي تفاعل كيميائي.

ما هو المكثف الفائق؟ تستخدم المكثفات الفائقة لتخزين الطاقة ، بدء تشغيل المحركات ، في المركبات الهجينة ، كمصادر للتيار قصير المدى.

كيف يختلف المكثف الفائق عن أنواع البطاريات المختلفة؟ البطارية قادرة على توليد الكهرباء من تلقاء نفسها من خلال تفاعل كيميائي. يقوم المكثف الفائق بتجميع الطاقة المنبعثة فقط.

أين يتم استخدام المكثف الفائق؟ تستخدم المكثفات منخفضة السعة في وحدات الفلاش (فارغة تمامًا) وفي أي نظام يتطلب عددًا كبيرًا من دورات التفريغ / الشحن.

تعليق واحد

إضافة تعليق