क्या सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रिक कारों में बैटरी बदल सकते हैं?
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इलेक्ट्रिक मोटर और हाइब्रिड वाहनों के विकास में एक नए दौर के रूप में, आधुनिक मोटर चालकों के दिमाग में दृढ़ता से निहित हैं। अगर हम आईसीई से लैस मॉडल की तुलना में इन कारों पर विचार करते हैं, तो उनके फायदे और नुकसान हैं।
फायदे में हमेशा नीरव संचालन, साथ ही सवारी के दौरान प्रदूषण की अनुपस्थिति शामिल है (हालांकि आज एक इलेक्ट्रिक कार के लिए एक बैटरी का निर्माण एक एकल डीजल इंजन के संचालन के 30 से अधिक वर्षों के पर्यावरण को प्रदूषित करता है)।
इलेक्ट्रिक वाहनों का मुख्य दोष बैटरी को चार्ज करने की आवश्यकता है। इसके साथ संयोजन के रूप में, प्रमुख वाहन निर्माता अलग-अलग विकल्प विकसित कर रहे हैं, जैसे कि बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए और शुल्कों के बीच के अंतराल को बढ़ाने के लिए। ऐसा ही एक विकल्प सुपरकैपेसिटर का उपयोग है।
एक नई कार उद्योग - लेम्बोर्गिनी सियान के उदाहरण का उपयोग करके इस तकनीक पर विचार करें। इस विकास के फायदे और नुकसान क्या हैं?
इलेक्ट्रिक कार बाजार में नया
जब लेम्बोर्गिनी एक हाइब्रिड बनाना शुरू करती है, तो आप निश्चिंत हो सकते हैं कि यह टोयोटा प्रियस का अधिक शक्तिशाली संस्करण नहीं होगा।
Sian, विद्युतीकरण के क्षेत्र में एक इतालवी कंपनी की शुरुआत, पहली बड़े पैमाने पर उत्पादित हाइब्रिड कार (63 प्रतियों के रूप में कई) है, जिसमें लिथियम आयन बैटरी के बजाय सुपरकैपेसिटर का उपयोग किया जाता है।
कई भौतिकविदों और इंजीनियरों का मानना है कि यह उन में है, और लिथियम-आयन बैटरी में नहीं, जो बड़े पैमाने पर बिजली की गतिशीलता की कुंजी है। सियान बिजली का भंडारण करने के लिए इस तरह का उपयोग करता है और, यदि आवश्यक हो, तो इसकी छोटी इलेक्ट्रिक मोटर को आपूर्ति करता है।
सुपरकैपेसिटर के फायदे
सबसे आधुनिक बैटरी की तुलना में, सुपरकैपेसिटर चार्ज करते हैं और बहुत तेजी से ऊर्जा जारी करते हैं। इसके अलावा, वे क्षमता के नुकसान के बिना काफी अधिक चार्ज और डिस्चार्ज चक्र का सामना कर सकते हैं।
सियान के मामले में, सुपरकैपेसिटर 25 किलोवाट की इलेक्ट्रिक मोटर चलाता है, जिसे गियरबॉक्स में एकीकृत किया गया है। यह या तो 6,5 हॉर्स पावर की क्षमता के साथ 12-लीटर V785 ICE में अतिरिक्त वृद्धि प्रदान कर सकता है, या कम गति पर युद्धाभ्यास के दौरान अपने दम पर स्पोर्ट्स कार ड्राइव कर सकता है, उदाहरण के लिए, जब पार्किंग।
चूंकि चार्जिंग बहुत तेज है, इसलिए इस हाइब्रिड को दीवार के आउटलेट या चार्जिंग स्टेशन से कनेक्ट करने की आवश्यकता नहीं है। सुपरकैपेसिटर हर बार पूरी तरह से चार्ज किया जाता है जब कार धीमी हो जाती है। बैटरी संकर में ब्रेकिंग एनर्जी रिकवरी भी होती है, लेकिन यह धीमी होती है और केवल आंशिक रूप से इलेक्ट्रिक माइलेज को बढ़ाने में मदद करती है।
सुपरकैपेसिटर के पास एक और बहुत बड़ा तुरुप का पत्ता है: वजन। लेम्बोर्गिनी सियान में, पूरी प्रणाली - इलेक्ट्रिक मोटर और कैपेसिटर - वजन में केवल 34 किलोग्राम जोड़ता है। इस मामले में, शक्ति में वृद्धि 33,5 अश्वशक्ति है। तुलना के लिए, केवल Renault Zoe बैटरी (136 हॉर्सपावर के साथ) का वजन लगभग 400kg है।
सुपरकैपेसिटर का नुकसान
बेशक, बैटरी की तुलना में सुपरकैपेसिटर के नुकसान भी हैं। समय के साथ, वे बहुत खराब ऊर्जा जमा करते हैं - यदि सियान ने एक सप्ताह तक सवारी नहीं की है, तो संधारित्र में कोई ऊर्जा नहीं बची है। लेकिन इस समस्या के संभावित समाधान भी हैं। लेम्बोर्गिनी मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के साथ सुपरकैपेसिटर, प्रसिद्ध टेर्ज़ो मिलेनियो (थर्ड मिलेनियम) अवधारणा पर आधारित एक विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रिक मॉडल बनाने के लिए काम कर रही है।
वैसे, लेम्बोर्गिनी, जो वोक्सवैगन समूह के तत्वावधान में है, इस क्षेत्र में प्रयोग करने वाली एकमात्र कंपनी नहीं है। Peugeot हाइब्रिड मॉडल सालों से सुपरकैपेसिटर का उपयोग कर रहे हैं, जैसा कि टोयोटा और होंडा के हाइड्रोजन फ्यूल सेल मॉडल में है। चीनी और कोरियाई निर्माता इन्हें इलेक्ट्रिक बसों और ट्रकों में लगा रहे हैं। और पिछले साल, टेस्ला ने मैक्सवेल इलेक्ट्रॉनिक्स को खरीदा, जो दुनिया के सबसे बड़े सुपरकैपेसिटर निर्माताओं में से एक है, यह एक निश्चित संकेत है कि कम से कम एलोन मस्क प्रौद्योगिकी के भविष्य में विश्वास करते हैं।
सुपरकैपेसिटर को समझने के लिए 7 मुख्य तथ्य
1 बैटरी कैसे काम करती है
बैटरी तकनीक उन चीजों में से एक है जिसे हमने लंबे समय तक बिना यह सोचे समझे लिया है कि यह कैसे काम करती है। ज्यादातर लोग कल्पना करते हैं कि चार्ज करते समय, हम बस बैटरी में "बिजली" डालते हैं, जैसे पानी एक गिलास में।
लेकिन एक बैटरी सीधे बिजली को स्टोर नहीं करती है, लेकिन दो इलेक्ट्रोड और उन्हें अलग करने वाले तरल पदार्थ (आमतौर पर) के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया की आवश्यकता होने पर इसे उत्पन्न करती है, जिसे इलेक्ट्रोलाइट कहा जाता है। इस प्रतिक्रिया में इसमें मौजूद रसायन अन्य में परिवर्तित हो जाते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान बिजली पैदा होती है। जब वे पूरी तरह से परिवर्तित हो जाते हैं, तो प्रतिक्रिया बंद हो जाती है - बैटरी डिस्चार्ज हो जाती है।
हालाँकि, रिचार्जेबल बैटरी के साथ, प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में भी हो सकती है - जब आप इसे चार्ज करते हैं, तो ऊर्जा विपरीत प्रक्रिया शुरू करती है, जो मूल रसायनों को पुनर्स्थापित करती है। यह सैकड़ों या हजारों बार दोहराया जा सकता है, लेकिन अनिवार्य रूप से नुकसान होता है। समय के साथ, परजीवी पदार्थ इलेक्ट्रोड पर बनते हैं, इसलिए बैटरी का जीवन सीमित होता है (आमतौर पर 3000 से 5000 चक्र)।
2 कैपेसिटर कैसे बनाते हैं
संधारित्र में कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है। सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज विशेष रूप से स्थैतिक बिजली द्वारा उत्पादित किए जाते हैं। संधारित्र के अंदर एक ढांकता हुआ नामक एक इन्सुलेट सामग्री द्वारा अलग किए गए दो प्रवाहकीय धातु प्लेटें हैं।
चार्जिंग एक गेंद को ऊनी स्वेटर में रगड़ने के समान है ताकि यह स्थिर बिजली के साथ चिपक जाए। प्लेटों में सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज जमा होते हैं, और उनके बीच विभाजक, जो उन्हें संपर्क में आने से रोकता है, वास्तव में ऊर्जा भंडारण का एक साधन है। एक संधारित्र को चार्ज किया जा सकता है और क्षमता के नुकसान के बिना भी एक लाख बार डिस्चार्ज किया जा सकता है।
3 सुपरकैपेसिटर क्या हैं
पारंपरिक कैपेसिटर ऊर्जा को स्टोर करने के लिए बहुत छोटे होते हैं - आमतौर पर माइक्रोफ़ारड्स (लाखों फैराड) में मापा जाता है। यही कारण है कि 1950 के दशक में सुपरकैपेसिटर का आविष्कार किया गया था। मैक्सवेल टेक्नोलॉजीज जैसी कंपनियों द्वारा निर्मित उनके सबसे बड़े औद्योगिक वेरिएंट में, क्षमता कई हजार फैराड तक पहुंचती है, जो कि लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता का 10-20% है।
4 सुपरकैपेसिटर कैसे काम करते हैं
पारंपरिक कैपेसिटर के विपरीत, कोई ढांकता हुआ नहीं है। इसके बजाय, दो प्लेटों को इलेक्ट्रोलाइट में डुबोया जाता है और एक बहुत पतली इन्सुलेटिंग परत से अलग किया जाता है। वास्तव में एक सुपरकैपेसिटर की धारिता बढ़ जाती है क्योंकि इन प्लेटों का क्षेत्रफल बढ़ जाता है और इनके बीच की दूरी कम हो जाती है। सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, वे वर्तमान में कार्बन नैनोट्यूब जैसी झरझरा सामग्री के साथ लेपित हैं (इतने छोटे कि उनमें से 10 बिलियन एक वर्ग सेमी में फिट हो जाते हैं)। विभाजक ग्राफीन की एक परत के साथ केवल एक अणु मोटा हो सकता है।
अंतर को समझने के लिए, पानी के रूप में बिजली की कल्पना करना सबसे अच्छा है। इस मामले में एक साधारण संधारित्र एक कागज तौलिया की तरह दिखेगा, जो सीमित मात्रा में अवशोषित कर सकता है। एक सुपरकैपेसिटर उदाहरण में एक रसोई स्पंज है।
5 बैटरियों: पेशेवरों और विपक्ष
बैटरियों का एक महत्वपूर्ण लाभ है - उच्च ऊर्जा घनत्व, जो उन्हें एक छोटे जलाशय में अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत करने की अनुमति देता है।
हालांकि, उनके कई नुकसान भी हैं - भारी वजन, सीमित जीवन, धीमी चार्जिंग और अपेक्षाकृत धीमी ऊर्जा रिलीज। इसके अलावा, उनके उत्पादन के लिए जहरीली धातुओं और अन्य खतरनाक पदार्थों का उपयोग किया जाता है। बैटरियां केवल एक संकीर्ण तापमान सीमा पर ही कुशल होती हैं, इसलिए उन्हें अक्सर ठंडा या गर्म करने की आवश्यकता होती है, जिससे उनकी उच्च दक्षता कम हो जाती है।
6 सुपरकैपेसिटर: पेशेवरों और विपक्ष
सुपरकैपेसिटर बैटरी की तुलना में बहुत हल्के होते हैं, उनका जीवन अतुलनीय रूप से लंबा होता है, उन्हें किसी खतरनाक पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है, वे ऊर्जा को लगभग तुरंत चार्ज और रिलीज करते हैं। चूंकि उनके पास लगभग कोई आंतरिक प्रतिरोध नहीं है, वे कार्य करने के लिए ऊर्जा का उपभोग नहीं करते हैं - उनकी दक्षता 97-98% है। सुपरकैपेसिटर -40 से +65 डिग्री सेल्सियस तक पूरी रेंज में महत्वपूर्ण विचलन के बिना काम करते हैं।
नुकसान यह है कि वे लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में काफी कम ऊर्जा स्टोर करते हैं।
7 नई सामग्री
यहां तक कि सबसे उन्नत आधुनिक सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरी को पूरी तरह से बदल नहीं सकते हैं। लेकिन कई वैज्ञानिक और निजी कंपनियां उन्हें सुधारने के लिए काम कर रही हैं। उदाहरण के लिए, यूके में, Superdielectrics मूल रूप से कॉन्टैक्ट लेंस निर्माण के लिए बनाई गई सामग्रियों के साथ काम करता है।
स्केलेटन टेक्नोलॉजीज कार्बन के एक अलॉट्रोपिक रूप ग्राफीन के साथ काम कर रही है। एक परमाणु मोटी परत उच्च शक्ति वाले स्टील की तुलना में 100 गुना अधिक मजबूत होती है, और इसका सिर्फ 1 ग्राम 2000 वर्ग मीटर को कवर कर सकता है। कंपनी ने पारंपरिक डीजल वैन में ग्राफीन सुपरकैपेसिटर लगाए और 32% ईंधन की बचत हासिल की।
इस तथ्य के बावजूद कि सुपरकैपेसिटर अभी भी पूरी तरह से बैटरी की जगह नहीं ले सकते हैं, आज इस तकनीक के विकास में एक सकारात्मक प्रवृत्ति है।
प्रश्न और उत्तर:
सुपरकैपेसिटर कैसे काम करता है? यह हाई कैपेसिटी कैपेसिटर की तरह ही काम करता है। इसमें इलेक्ट्रोलाइट के ध्रुवीकरण के दौरान स्थैतिक के कारण बिजली जमा हो जाती है। हालांकि यह एक विद्युत रासायनिक उपकरण है, लेकिन कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है।
सुपरकैपेसिटर किसके लिए है? सुपरकैपेसिटर का उपयोग शॉर्ट टर्म करंट के स्रोतों के रूप में, हाइब्रिड वाहनों में ऊर्जा के भंडारण, मोटर्स को शुरू करने के लिए किया जाता है।
सुपरकैपेसिटर विभिन्न प्रकार की बैटरियों से किस प्रकार भिन्न है? रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बैटरी अपने आप बिजली पैदा करने में सक्षम है। सुपरकैपेसिटर केवल जारी ऊर्जा को जमा करता है।
सुपरकैपेसिटर का उपयोग कहाँ किया जाता है? कम क्षमता के कैपेसिटर का उपयोग फ्लैश इकाइयों (पूरी तरह से डिस्चार्ज) और किसी भी सिस्टम में किया जाता है जिसमें बड़ी संख्या में डिस्चार्ज / चार्ज चक्र की आवश्यकता होती है।
एक टिप्पणी
आलोजी
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