Superkondentsadoreak ordezka al ditzakete ibilgailu elektrikoen bateriak?

Auto elektrikoak eta hibridoak automobilista modernoaren buruan tinko errotuta daude ibilgailuen bilakaeraren txanda berri gisa. ICEz hornitutako modeloekin alderatuta, ibilgailu horiek abantaila eta desabantaila propioak dituzte.

Abantailen artean beti funtzionamendu isila dago, baita ibilaldian zehar kutsadurarik ez egotea ere (nahiz eta gaur egun ibilgailu elektriko batentzako bateria bat egiteak ingurune hori kutsatzen duen ingurumena diesel motor bakar baten 30 urte baino gehiagotan funtzionatzen duen).

Ibilgailu elektrikoen desabantaila nagusia bateria kargatzeko beharra da. Horri lotuta, autoen fabrikatzaile nagusiak bateriaren iraupena handitzeko eta kargen arteko tartea handitzeko hainbat aukera garatzen ari dira. Aukera horietako bat superkondentsadoreak erabiltzea da.

Demagun teknologia hau automobilen industria berri baten adibidea erabiliz - Lamborghini Sian. Zein dira garapen honen abantailak eta desabantailak?

Berria ibilgailu elektrikoen merkatuan

Lamborghini hibridoa zabaltzen hasten denean, ziur egon zaitezke ez dela Toyota Prius-en bertsio indartsuagoa izango.

Sian, Italiako elektrifikazio konpainiaren estreinaldia, litio-ioizko baterien ordez superkondentsadoreak erabiltzen dituen lehen ekoizpeneko auto hibridoa da (63 izugarria).

Fisikari eta ingeniari askok uste dute litio-ioizko baterien ordez mugikortasun elektriko masiboaren gakoa dutela. Sian-ek elektrizitatea gordetzeko erabiltzen ditu eta, behar izanez gero, bere motor elektriko txikira elikatzen du.

Superkondentsadoreen abantailak

Superkondentsadoreek bateria moderno gehienek baino askoz ere azkarrago kargatzen eta askatzen dute. Gainera, karga- eta deskarga-zikloak nabarmen jasan ditzakete, edukiera galdu gabe.

Sian-en kasuan, superkondentsadoreak 25 kilowatteko motor elektrikoa gidatzen du, engranaje-kaxan sartuta. 6,5 zaldiko 12 litroko V785 barne-errekuntzako motorri bultzada gehigarria eman diezaioke, edo kirol autoa bere kabuz gidatu abiadura txikiko maniobretan, hala nola aparkalekuetan.

Kargatzea oso azkarra denez, hibrido hau ez da konektatu behar hormako entxufe batera edo kargatzeko estaziora. Superkondentsadoreak guztiz kargatzen dira ibilgailuak frenatzen duen bakoitzean. Bateria hibridoek balaztatze energia berreskuratzeko aukera ere badute, baina motela da eta kilometro elektrikoa luzatzen laguntzen du.

Superkondentsadoreak badu beste txartel handi bat: pisua. Lamborghini Sian-en, sistema osoak –motor elektrikoa gehi kondentsadorea– 34 kilogramo baino ez ditu gehitzen pisuari. Kasu honetan, potentziaren igoera 33,5 zaldikoa da. Konparazio baterako, Renault Zoe bateriak bakarrik (136 zaldiko potentziarekin) 400 kg inguru pisatzen du.

Superkondentsadoreen desabantailak

Noski, superkondentsadoreek ere desabantailak dituzte baterien aldean. Denborarekin, energia askoz okerrago pilatzen dute - Sian astebetez ibili ez bada, ez da energiarik geratzen kondentsadorean. Baina arazo honi irtenbide posibleak ere badaude. Lamborghini Massachusettseko Teknologia Institutuarekin (MIT) lanean ari da superkondentsadoreetan oinarritutako eredu elektriko hutsa sortzeko, Terzo Millenio (Hirugarren Milurtekoa) kontzeptu famatua.

udako ordutegian

Bide batez, Volkswagen Taldearen menpe dagoen Lamborghini ez da arlo horretan esperimentatzen ari den enpresa bakarra. Peugeot modelo hibridoak urteak daramatzate superkondentsadoreak erabiltzen, Toyota eta Hondaren hidrogenozko erregai-pilen modeloak bezala. Txinako eta Koreako fabrikatzaileak autobus eta kamioi elektrikoetan instalatzen ari dira. Eta iaz, Teslak Maxwell Electronics erosi zuen, munduko superkondentsadoreen fabrikatzaile handienetako bat, gutxienez Elon Musk teknologiaren etorkizunean sinesten duen seinale ziurra.

Superkondentsadoreak ulertzeko 7 gako

1 Bateriek nola funtzionatzen duten

Baterien teknologia aspaldian berez hartu dugun gauzetako bat da nola funtzionatzen duen pentsatu gabe. Jende gehienak imajinatzen du kargatzean elektrizitatea "iurtzen" dugula bateriara, ura edalontzi batean bezala.

Baina bateria batek ez du elektrizitatea zuzenean metatzen, bi elektrodoren eta haiek bereizten dituen fluido baten (gehienetan) elektrolito izeneko erreakzio kimiko baten ondorioz behar denean soilik sortzen du. Erreakzio horretan, bertan dauden produktu kimikoak beste batzuetan bihurtzen dira. Prozesu horretan, elektrizitatea sortzen da. Erabat bihurtzen direnean, erreakzioa gelditzen da - bateria deskargatu egiten da.

Hala ere, bateria kargagarriekin, erreakzioa kontrako norabidean ere gerta daiteke - kargatzen duzunean, energiak alderantzizko prozesua hasten du, jatorrizko produktu kimikoak berreskuratzen dituena. Hau ehunka edo milaka aldiz errepika daiteke, baina ezinbestean galerak daude. Denborarekin, substantzia parasitoak elektrodoetan pilatzen dira, beraz, bateriaren iraupena mugatua da (normalean 3000 eta 5000 ziklo artean).

2 Kondentsadoreak nola funtzionatzen duten

Kondentsadorean ez da erreakzio kimikorik gertatzen. Karga positiboak eta negatiboak elektrizitate estatikoak soilik sortzen ditu. Kondentsadorearen barruan dielektriko izeneko material isolatzaile batek bereizitako bi metalezko plaka eroale daude.

Kargatzea bola artilezko jertsean igurtzearen oso antzekoa da, elektrizitate estatikoarekin itsatsi dadin. Plateretan karga positiboak eta negatiboak pilatzen dira, eta haien arteko bereizgailua, kontaktuan jartzea eragozten duena, energia biltegiratzeko tresna da. Kondentsadorea milioi bat aldiz karga eta deskarga daiteke, edukiera galdu gabe.

3 Zer dira superkondentsadoreak

Ohiko kondentsadoreak txikiegiak dira energia gordetzeko; normalean, mikrofaradetan (milioika faradetan) neurtzen dira. Horregatik superkondentsadoreak asmatu ziren 1950eko hamarkadan. Beren aldaera industrial handienetan, Maxwell Technologies bezalako enpresek fabrikatutakoak, ahalmena hainbat mila faradetara iristen da, hau da, litio-ioizko bateria baten edukieraren %10-20ra.

4 Superkondentsadoreak nola funtzionatzen duten

Ohiko kondentsadoreak ez bezala, ez dago dielektrikorik. Horren ordez, bi plakak elektrolito batean murgiltzen dira eta geruza isolatzaile oso mehe batek bereizten ditu. Superkondentsadore baten kapazitatea benetan handitzen da plaka horien azalera handitu eta haien arteko distantzia txikiagotu ahala. Azalera areagotzeko, gaur egun, karbono nanohodiak bezalako material porotsuez estaltzen dira (hain txikiak ezen 10 milioi cm koadro batean sartzen diren). Bereizleak molekula bakarra izan dezake grafeno geruza batekin.

Aldea ulertzeko, onena elektrizitatea ura dela pentsatzea da. Kasu honetan kondentsadore sinple bat kopuru mugatu bat xurgatu dezakeen paperezko eskuoihal bat bezalakoa izango da. Superkondentsadorea sukaldeko belakia da adibidean.

5 bateria: alde onak eta txarrak

Bateriek abantaila esanguratsu bat dute - energia-dentsitate handia, eta horrek energia kantitate handi samarrak biltegi txiki batean gordetzeko aukera ematen du.

Hala ere, desabantaila asko ere badituzte: pisu handia, bizitza mugatua, karga motela eta nahiko motel askatzea energia. Horrez gain, metal toxikoak eta beste substantzia arriskutsu batzuk erabiltzen dira haien ekoizpenerako. Bateriak tenperatura-tarte estu batean baino ez dira eraginkorrak, beraz, askotan hoztu edo berotu behar dira, eraginkortasun handia murriztuz.

6 superkondentsadoreak: alde onak eta txarrak

Superkondentsadoreak bateriak baino askoz arinagoak dira, haien bizitza ezin luzeagoa da, ez dute substantzia arriskutsurik behar, energia ia berehala kargatzen eta askatzen dute. Ia barne-erresistentziarik ez dutenez, ez dute energia kontsumitzen funtzionatzeko - haien eraginkortasuna % 97-98 da. Superkondentsadoreek desbiderapen handirik gabe funtzionatzen dute -40 eta +65 gradu Celsius bitarteko tarte osoan.

Desabantaila da litio-ioizko bateriek baino energia gutxiago gordetzen dutela.

7 Eduki berria

Superkondentsadore moderno aurreratuenek ere ezin dituzte bateriak erabat ordezkatu ibilgailu elektrikoetan. Baina zientzialari eta enpresa pribatu asko ari dira horiek hobetzeko lanean. Adibidez, Erresuma Batuan, Superdielectrics jatorriz ukipen lenteak ekoizteko garatutako materialarekin ari da lanean.

Skeleton Technologies grafenoarekin ari da lanean, karbono forma alotropiko batekin. Atomo bateko lodierako geruza bat erresistentzia handiko altzairua baino 100 aldiz indartsuagoa da, eta gramo bakarrak 1 metro koadro har ditzake. Konpainiak grafenozko superkondentsadoreak instalatu zituen diesel furgoneta konbentzionaletan eta %2000ko erregai aurreztea lortu zuen.

Superkondentsadoreek bateria guztiz ordezkatu ezin duten arren, gaur egun teknologia honen garapenean joera positiboa dago.

Galderak eta erantzunak:

Nola funtzionatzen du superkondentsadore batek? Edukiera handiko kondentsadore baten modu berean funtzionatzen du. Bertan, elektrizitatea metatzen da estatikaren ondorioz elektrolitoaren polarizazioan. Gailu elektrokimikoa den arren, ez da erreakzio kimikorik gertatzen.

Zertarako da superkondentsadorea? Superkondentsadoreak energia biltegiratzeko erabiltzen dira, motorrak abiarazteko, ibilgailu hibridoetan, epe laburreko korronte iturri gisa.

Zertan desberdintzen da superkondentsadorea bateria mota desberdinetatik? Bateria bere kabuz elektrizitatea sortzeko gai da erreakzio kimiko baten bidez. Superkondentsadoreak askatutako energia baino ez du metatzen.

Non erabiltzen da superkondentsadorea? Edukiera baxuko kondentsadoreak flash unitateetan (guztiz deskargatuta) eta deskarga/karga ziklo ugari behar dituen edozein sistematan erabiltzen dira.