Kan superkapacitorer udskifte batterier i elektriske køretøjer?

Elbiler og hybrider er fast forankret i den moderne bilists sind som en ny runde i udviklingen af ​​køretøjer. Sammenlignet med ICE-udstyrede modeller har disse køretøjer deres egne fordele og ulemper.

Fordelene inkluderer altid stille drift samt fraværet af forurening under turen (skønt det i dag gør et batteri til et elektrisk køretøj forurenende miljøet mere end 30 års drift af en enkelt dieselmotor).

Den største ulempe ved elbiler er behovet for at oplade batteriet. I forbindelse med dette udvikler førende bilproducenter forskellige muligheder for, hvordan man øger batteriets levetid og øger intervallet mellem opladninger. En af disse muligheder er brugen af ​​superkapacitorer.

Overvej denne teknologi ved hjælp af eksemplet på en ny bilindustri - Lamborghini Sian. Hvad er fordele og ulemper ved denne udvikling?

Nyt på markedet for elbiler

Når Lamborghini begynder at udrulle en hybrid, kan du være sikker på, at det ikke bare vil være en mere kraftfuld version af Toyota Prius.

Sian, det italienske elektrificeringsselskabs debut, er den første produktionshybridbil (hele 63 enheder) til at bruge superkapacitorer i stedet for lithium-ion-batterier.

Mange fysikere og ingeniører mener, at de har nøglen til massiv elektrisk mobilitet snarere end lithium-ion-batterier. Sian bruger disse til at opbevare elektricitet og efter behov fodre den til sin lille elektriske motor.

Fordelene ved superkapacitorer

Superkondensatorer oplader og frigiver energi meget hurtigere end de fleste moderne batterier. Derudover kan de modstå betydeligt mere opladnings- og afladningscyklusser uden at miste kapacitet.

I tilfælde af Sian kører superkapacitoren en 25-kilowatt elektrisk motor, der er integreret i gearkassen. Det kan enten give et ekstra løft til den 6,5 hestekræfter 12-liters V785-forbrændingsmotor eller køre sportsvognen på egen hånd under lavhastighedsmanøvrer såsom parkering.

Da opladningen er meget hurtig, behøver denne hybrid ikke tilsluttes en stikkontakt eller ladestation. Superkondensatorer er fuldt opladet, hver gang køretøjet bremser. Batterihybrider har også gendannelse af bremsenergi, men det er langsomt og hjælper kun delvist med at forlænge den elektriske kilometertal.

Superkondensatoren har et andet meget stort trumfkort: vægt. I Lamborghini Sian tilføjer hele systemet – elmotoren plus kondensatoren – kun 34 kilo til vægten. I dette tilfælde er stigningen i kraft 33,5 hestekræfter. Til sammenligning vejer Renault Zoe-batteriet alene (med 136 hestekræfter) omkring 400 kg.

Ulemper ved superkapacitorer

Superkondensatorer har selvfølgelig også ulemper i forhold til batterier. Med tiden akkumulerer de energi meget værre - hvis Sian ikke har kørt i en uge, er der ingen energi tilbage i kondensatoren. Men der er også mulige løsninger på dette problem. Lamborghini arbejder sammen med Massachusetts Institute of Technology (MIT) om at skabe en ren elektrisk model baseret på superkondensatorer, det berømte Terzo Millenio (Third Millennium) koncept.

bst

Lamborghini, som er i regi af Volkswagen-koncernen, er i øvrigt ikke den eneste virksomhed, der eksperimenterer på dette område. Peugeot hybridmodeller har brugt superkondensatorer i årevis, ligesom Toyota og Hondas brintbrændselscellemodeller. Kinesiske og koreanske producenter installerer dem i elektriske busser og lastbiler. Og sidste år købte Tesla Maxwell Electronics, en af ​​verdens største superkondensatorproducenter, et sikkert tegn på, at i det mindste Elon Musk tror på teknologiens fremtid.

7 nøglefakta til forståelse af superkapacitorer

1 Sådan fungerer batterier

Batteriteknologi er en af ​​de ting, vi længe har taget for givet uden at tænke på, hvordan det fungerer. De fleste forestiller sig, at når vi oplader, "hælder" vi simpelthen strøm i batteriet, som vand i et glas.

Men et batteri lagrer ikke elektricitet direkte, men genererer det kun, når det er nødvendigt ved en kemisk reaktion mellem to elektroder og en væske (oftest), der adskiller dem, kaldet en elektrolyt. I denne reaktion omdannes kemikalierne i den til andre. Under denne proces produceres elektricitet. Når de er helt omdannet, stopper reaktionen - batteriet er afladet.

Men med genopladelige batterier kan reaktionen også ske i den modsatte retning – når du oplader det, starter energien den omvendte proces, som genopretter de oprindelige kemikalier. Dette kan gentages hundredvis eller tusindvis af gange, men der er uundgåeligt tab. Over tid opbygges parasitære stoffer på elektroderne, så batterilevetiden er begrænset (typisk 3000 til 5000 cyklusser).

2 Sådan fungerer kondensatorer

Ingen kemiske reaktioner finder sted i kondensatoren. Positive og negative afgifter genereres udelukkende af statisk elektricitet. Inde i kondensatoren er to ledende metalplader adskilt af et isolerende materiale kaldet dielektrikum.

Opladning ligner meget at gnide en kugle i en uldtrøje, så den klæber med statisk elektricitet. Positive og negative ladninger akkumuleres i pladerne, og separatoren mellem dem, der forhindrer dem i at komme i kontakt, er faktisk et middel til at lagre energi. Kondensatoren kan oplades og udlades selv en million gange uden kapacitetstab.

3 Hvad er superkapacitorer

Konventionelle kondensatorer er for små til at lagre energi - normalt målt i mikrofarader (millioner af farader). Det er derfor, superkondensatorer blev opfundet i 1950'erne. I deres største industrielle varianter, fremstillet af virksomheder som Maxwell Technologies, når kapaciteten op på flere tusinde farad, det vil sige 10-20% af kapaciteten af ​​et lithium-ion batteri.

4 Hvordan superkondensatorer fungerer

I modsætning til konventionelle kondensatorer er der ingen dielektrikum. I stedet er de to plader nedsænket i en elektrolyt og adskilt af et meget tyndt isolerende lag. Kapacitansen af ​​en superkondensator stiger faktisk, når arealet af disse plader øges, og afstanden mellem dem falder. For at øge overfladearealet er de i øjeblikket belagt med porøse materialer såsom kulstofnanorør (så små, at 10 milliarder af dem passer i en kvadratcentimeter). Separatoren kan kun være et molekyle tyk med et lag af grafen.

For at forstå forskellen er det bedst at tænke på elektricitet som vand. En simpel kondensator ville derefter være som et papirhåndklæde, der kan absorbere en begrænset mængde. Superkondensatoren er køkkensvampen i eksemplet.

5 batterier: fordele og ulemper

Batterier har en væsentlig fordel - høj energitæthed, som giver dem mulighed for at lagre relativt store mængder energi i et lille reservoir.

De har dog også mange ulemper – tung vægt, begrænset levetid, langsom opladning og relativt langsom energifrigivelse. Derudover bruges giftige metaller og andre farlige stoffer til deres produktion. Batterier er kun effektive over et snævert temperaturområde, så de skal ofte køles eller opvarmes, hvilket reducerer deres høje effektivitet.

6 Supercapacitors: Fordele og ulemper

Superkondensatorer er meget lettere end batterier, deres levetid er uforlignelig længere, de kræver ingen farlige stoffer, de oplader og frigiver energi næsten øjeblikkeligt. Da de næsten ikke har nogen indre modstand, bruger de ikke energi for at fungere - deres effektivitet er 97-98%. Superkondensatorer fungerer uden væsentlige afvigelser i hele området fra -40 til +65 grader Celsius.

Ulempen er, at de opbevarer betydeligt mindre energi end lithium-ion-batterier.

7 Nyt indhold

Selv de mest avancerede moderne superkondensatorer kan ikke helt udskifte batterier i elektriske køretøjer. Men mange forskere og private virksomheder arbejder på at forbedre dem. F.eks. I England arbejder Superdielectrics med et materiale, der oprindeligt var udviklet til produktion af kontaktlinser.

Skeleton Technologies arbejder med grafen, en allotrop form for kulstof. Et lag med ét atom tykt er 100 gange stærkere end højstyrkestål, og kun 1 gram af det kan dække 2000 kvadratmeter. Virksomheden installerede grafen-superkondensatorer i konventionelle dieselvarevogne og opnåede 32% brændstofbesparelser.

På trods af det faktum, at superkapsler ikke helt kan udskifte batterier, er der i dag en positiv tendens i udviklingen af ​​denne teknologi.

Spørgsmål og svar:

Hvordan fungerer en superkondensator? Den fungerer på samme måde som en højkapacitetskondensator. I den akkumuleres elektricitet på grund af statisk elektricitet under elektrolyttens polarisering. Selvom det er en elektrokemisk enhed, finder der ingen kemisk reaktion sted.

Hvad er en superkondensator til? Superkondensatorer bruges til energilagring, startmotorer, i hybridbiler, som kilder til kortvarig strøm.

Hvordan adskiller en superkondensator sig fra forskellige typer batterier? Batteriet er i stand til selv at generere elektricitet gennem en kemisk reaktion. Superkondensatoren akkumulerer kun den frigivne energi.

Hvor bruges Supercapacitor? Kondensatorer med lav kapacitet bruges i flashenheder (fuldt afladet) og i ethvert system, der kræver et stort antal afladnings-/opladningscyklusser.