Գերհզոր կոնդենսատորները կարո՞ղ են փոխարինել էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների մարտկոցները:

Էլեկտրական մեքենաներն ու հիբրիդները ամուր արմատավորված են ժամանակակից ավտովարորդի մտքում `որպես տրանսպորտային միջոցների էվոլյուցիայի նոր փուլ: Երբ համեմատվում են ICE հագեցած մոդելների հետ, այդ տրանսպորտային միջոցներն ունեն իրենց առավելություններն ու թերությունները:

Առավելությունները միշտ ներառում են հանգիստ աշխատանքը, ինչպես նաև մեքենայի ընթացքում աղտոտվածության բացակայությունը (չնայած այսօր էլեկտրական մեքենայի համար մեկ մարտկոց սարքելը աղտոտում է շրջակա միջավայրը մեկ դիզելային շարժիչի ավելի քան 30 տարվա շահագործումից):

Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների հիմնական թերությունը մարտկոցը լիցքավորելու անհրաժեշտությունն է: Դրա հետ կապված ՝ առաջատար ավտոարտադրողները տարբեր տարբերակներ են մշակում, թե ինչպես բարձրացնել մարտկոցի տևողությունը և բարձրացնել լիցքերի միջակայքը: Նման տարբերակներից մեկը գերհզոր կոնդենսատորների օգտագործումն է:

Մտածեք այս տեխնոլոգիայի մասին `օգտագործելով նոր ավտոարդյունաբերության օրինակ` Lamborghini Sian: Որո՞նք են այս զարգացման առավելություններն ու թերությունները:

Նորույթ էլեկտրական մեքենաների շուկայում

Երբ Lamborghini- ն սկսում է հիբրիդ թողարկել, կարող եք վստահ լինել, որ այն պարզապես Toyota Prius- ի ավելի հզոր տարբերակ չի լինի:

Sian- ը `իտալական էլեկտրաֆիկացման ընկերության դեբյուտը, առաջին արտադրական հիբրիդային մեքենան է (ահռելի 63 միավոր), որն օգտագործում է գերհզորացուցիչներ` լիթիում-իոնային մարտկոցների փոխարեն:

Բազմաթիվ ֆիզիկոսներ և ինժեներներ կարծում են, որ դրանք ավելի շատ պահում են զանգվածային էլեկտրական շարժունակության բանալին, քան լիթիումի-իոնային մարտկոցները: Սիան դրանք օգտագործում է էլեկտրաէներգիան պահելու համար, անհրաժեշտության դեպքում ՝ այն սնուցելու իր փոքրիկ էլեկտրական շարժիչին:

Գերհզորացուցիչների առավելությունները

Գերհզորացուցիչները շատ ավելի արագ են լիցքաթափվում և ազատում էներգիան, քան ժամանակակից մարտկոցների մեծ մասը: Բացի այդ, նրանք կարող են դիմակայել զգալիորեն ավելի լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերին ՝ չկորցնելով կարողությունը:

Sian- ի դեպքում գերհզորացուցիչը քշում է 25 կՎտ էլեկտրական շարժիչ, որն ինտեգրված է փոխանցման տուփի մեջ: Այն կարող է կա՛մ լրացուցիչ ուժեղացում ապահովել 6,5 ձիաուժ հզորությամբ 12 լիտրանոց V785 ներքին այրման շարժիչին, կա՛մ ինքնուրույն վարել սպորտային մեքենան ցածր արագությամբ մանևրերի ժամանակ, ինչպիսին է կայանումը:

Քանի որ լիցքավորումը շատ արագ է, այս հիբրիդը կարիք չունի միացնել պատի վարդակից կամ լիցքավորման կայանին: Գերհզորացուցիչներն ամբողջությամբ լիցքավորվում են ամեն անգամ, երբ մեքենան արգելակում է: Մարտկոցների հիբրիդները նույնպես ունեն արգելակման էներգիայի վերականգնում, բայց դա դանդաղ է և միայն մասամբ է օգնում երկարացնել էլեկտրական վազքը:

Սուպերկոնդենսատորն ունի ևս մեկ շատ մեծ հաղթաթուղթ՝ քաշը։ Lamborghini Sian-ում ամբողջ համակարգը՝ էլեկտրական շարժիչը գումարած կոնդենսատորը, ավելացնում է ընդամենը 34 կիլոգրամ քաշը: Այս դեպքում հզորության աճը կազմում է 33,5 ձիաուժ։ Համեմատության համար նշենք, որ միայն Renault Zoe մարտկոցը (136 ձիաուժ հզորությամբ) կշռում է մոտ 400 կգ:

Գերհզորացուցիչների թերությունները

Իհարկե, սուպերկոնդենսատորները նույնպես ունեն թերություններ մարտկոցների համեմատ: Ժամանակի ընթացքում էներգիա են կուտակում շատ ավելի վատ՝ եթե Սիանը մեկ շաբաթ չի քշել, ապա կոնդենսատորում էներգիա չի մնում։ Բայց այս խնդրին կան նաև հնարավոր լուծումներ։ Lamborghini-ն աշխատում է Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (MIT) հետ՝ ստեղծելու զուտ էլեկտրական մոդել, որը հիմնված է գերկոնդենսատորների վրա՝ հայտնի Terzo Millenio (Երրորդ հազարամյակ) կոնցեպտը:

bst

Ի դեպ, Volkswagen Group-ի հովանու ներքո գտնվող Lamborghini-ն միակ ընկերությունը չէ, որ փորձարկում է այս ոլորտում։ Peugeot-ի հիբրիդային մոդելները տարիներ շարունակ օգտագործում են գերկոնդենսատորներ, ինչպես նաև Toyota-ի և Honda-ի ջրածնային վառելիքի բջիջների մոդելները: Չինացի և կորեական արտադրողները դրանք տեղադրում են էլեկտրական ավտոբուսներում և բեռնատարներում։ Իսկ անցյալ տարի Tesla-ն գնեց Maxwell Electronics-ը՝ աշխարհի խոշորագույն գերկոնդենսատորներ արտադրողներից մեկը, ինչը հաստատ նշան է, որ առնվազն Իլոն Մասկը հավատում է տեխնոլոգիայի ապագային:

Գերհզորացուցիչները հասկանալու 7 հիմնական փաստ

1 Ինչպես են աշխատում մարտկոցները

Մարտկոցի տեխնոլոգիան այն բաներից մեկն է, որը մենք վաղուց արդեն ընդունել ենք՝ առանց մտածելու, թե ինչպես է այն աշխատում: Մարդկանց մեծամասնությունը պատկերացնում է, որ լիցքավորման ժամանակ մենք պարզապես «լցնում ենք» էլեկտրականությունը մարտկոցի մեջ, ինչպես ջուրը բաժակի մեջ։

Բայց մարտկոցը ուղղակիորեն չի պահում էլեկտրականությունը, այլ միայն այն ժամանակ է արտադրում, երբ անհրաժեշտ է երկու էլեկտրոդների և դրանք բաժանող հեղուկի (առավել հաճախ) քիմիական ռեակցիայի միջոցով, որը կոչվում է էլեկտրոլիտ: Այս ռեակցիայի ժամանակ դրա մեջ պարունակվող քիմիկատները վերածվում են ուրիշների: Այս գործընթացի ընթացքում արտադրվում է էլեկտրաէներգիա: Երբ դրանք ամբողջությամբ փոխակերպվում են, ռեակցիան դադարում է - մարտկոցը լիցքաթափվում է:

Այնուամենայնիվ, վերալիցքավորվող մարտկոցների դեպքում ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ նաև հակառակ ուղղությամբ. երբ լիցքավորեք այն, էներգիան սկսում է հակառակ գործընթացը, որը վերականգնում է սկզբնական քիմիական նյութերը: Սա կարող է կրկնվել հարյուրավոր կամ հազարավոր անգամներ, բայց անխուսափելիորեն կան կորուստներ։ Ժամանակի ընթացքում էլեկտրոդների վրա կուտակվում են մակաբույծ նյութեր, ուստի մարտկոցի կյանքը սահմանափակ է (սովորաբար 3000-ից 5000 ցիկլ):

2 Ինչպես են աշխատում կոնդենսատորները

Կոնդենսատորում քիմիական ռեակցիաներ տեղի չեն ունենում: Դրական և բացասական լիցքերը գոյանում են բացառապես ստատիկ էլեկտրականությամբ: Կոնդենսատորի ներսում կա երկու հաղորդիչ մետաղական թիթեղ, որոնք առանձնացված են մեկուսիչ նյութով, որը կոչվում է դիէլեկտրիկ:

Լիցքավորումը շատ նման է գնդակը բրդե սվիտերի մեջ քսելուն, որպեսզի այն մնա ստատիկ էլեկտրականությամբ: Թիթեղներում կուտակվում են դրական և բացասական լիցքեր, և դրանց միջև բաժանարարը, որը խանգարում է նրանց շփմանը, իրականում էներգիա պահելու միջոց է: Կոնդենսատորը կարող է լիցքավորվել և լիցքաթափվել նույնիսկ միլիոն անգամ `առանց հզորության կորստի:

3 Ի՞նչ են գերհզորացուցիչները

Սովորական կոնդենսատորները չափազանց փոքր են էներգիա պահելու համար, սովորաբար չափվում են միկրոֆարադներով (միլիոնավոր ֆարադներով): Ահա թե ինչու 1950-ականներին հայտնագործվեցին սուպերկոնդենսատորները: Իրենց ամենամեծ արդյունաբերական տարբերակներում, որոնք արտադրվում են այնպիսի ընկերությունների կողմից, ինչպիսին է Maxwell Technologies-ը, հզորությունը հասնում է մի քանի հազար ֆարադի, այսինքն՝ լիթիում-իոնային մարտկոցի հզորության 10-20%-ը:

4 Ինչպես են աշխատում գերհզորացուցիչները

Ի տարբերություն սովորական կոնդենսատորների, չկա դիէլեկտրիկ: Փոխարենը, երկու թիթեղները ընկղմված են էլեկտրոլիտի մեջ և բաժանվում են շատ բարակ մեկուսիչ շերտով: Գերկոնդենսատորի հզորությունը իրականում մեծանում է, քանի որ այս թիթեղների տարածքը մեծանում է, և նրանց միջև հեռավորությունը նվազում է: Մակերեւույթը մեծացնելու համար դրանք ներկայումս պատված են ծակոտկեն նյութերով, ինչպիսիք են ածխածնային նանոխողովակները (այնքան փոքր, որ դրանցից 10 միլիարդը տեղավորվում է մեկ քառակուսի սմ-ում): Անջատիչը կարող է լինել միայն մեկ մոլեկուլի հաստություն գրաֆենի շերտով:

Տարբերությունը հասկանալու համար ամենալավն այն է, որ էլեկտրաէներգիան որպես ջուր մտածի: Պարզ կոնդենսատորը այն ժամանակ նման կլինի թղթե սրբիչի, որը կարող է կլանել սահմանափակ քանակություն: Գերհզորացուցիչը օրինակում խոհանոցային սպունգն է:

5 մարտկոց. Կողմ և դեմ

Մարտկոցներն ունեն մեկ նշանակալի առավելություն՝ էներգիայի բարձր խտություն, որը թույլ է տալիս համեմատաբար մեծ քանակությամբ էներգիա պահել փոքր ջրամբարում։

Այնուամենայնիվ, նրանք ունեն նաև բազմաթիվ թերություններ՝ մեծ քաշ, սահմանափակ կյանք, դանդաղ լիցքավորում և էներգիայի համեմատաբար դանդաղ արտազատում: Բացի այդ, դրանց արտադրության համար օգտագործվում են թունավոր մետաղներ և այլ վտանգավոր նյութեր։ Մարտկոցները արդյունավետ են միայն նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում, ուստի դրանք հաճախ պետք է սառեցվեն կամ տաքացվեն՝ նվազեցնելով դրանց բարձր արդյունավետությունը:

6 գերհզորացուցիչներ. Կողմ և դեմ

Սուպերկոնդենսատորները շատ ավելի թեթև են, քան մարտկոցները, նրանց կյանքն անհամեմատ ավելի երկար է, նրանք չեն պահանջում որևէ վտանգավոր նյութ, նրանք լիցքավորում և էներգիա են թողարկում գրեթե ակնթարթորեն։ Քանի որ նրանք գրեթե չունեն ներքին դիմադրություն, նրանք էներգիա չեն սպառում գործելու համար. դրանց արդյունավետությունը 97-98% է: Սուպերկոնդենսատորները գործում են առանց էական շեղումների ողջ միջակայքում՝ -40-ից +65 աստիճան Ցելսիուս:

Անբարենպաստությունն այն է, որ դրանք զգալիորեն պակաս էներգիա են կուտակում, քան լիթիում-իոնային մարտկոցները:

7 Նոր բովանդակություն

Նույնիսկ ամենաառաջադեմ ժամանակակից գերհզորացուցիչները չեն կարող ամբողջությամբ փոխարինել էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների մարտկոցները: Բայց շատ գիտնականներ և մասնավոր ընկերություններ աշխատում են դրանք բարելավելու ուղղությամբ: Օրինակ, Մեծ Բրիտանիայում Superdielectrics- ն աշխատում է նյութի հետ, որն ի սկզբանե մշակվել էր կոնտակտային ոսպնյակների արտադրության համար:

Skeleton Technologies-ն աշխատում է գրաֆենի՝ ածխածնի ալոտրոպիկ ձևի հետ: Մեկ ատոմի հաստությամբ մեկ շերտը 100 անգամ ավելի ամուր է, քան բարձր ամրության պողպատը, և դրանից ընդամենը 1 գրամը կարող է ծածկել 2000 քառակուսի մետր տարածք: Ընկերությունը տեղադրեց գրաֆենի գերկոնդենսատորներ սովորական դիզելային ֆուրգոններում և հասավ վառելիքի 32% խնայողության:

Չնայած այն հանգամանքին, որ գերհզորացուցիչները չեն կարող ամբողջությամբ փոխարինել մարտկոցները, այսօր այս տեխնոլոգիայի զարգացման մեջ դրական միտում կա:

Հարցեր եւ պատասխաններ:

Ինչպե՞ս է աշխատում սուպերկոնդենսատորը: Այն աշխատում է նույն կերպ, ինչ մեծ հզորությամբ կոնդենսատորը: Դրանում էլեկտրաէներգիան կուտակվում է էլեկտրոլիտի բևեռացման ժամանակ ստատիկ պատճառով։ Չնայած այն էլեկտրաքիմիական սարք է, սակայն ոչ մի քիմիական ռեակցիա տեղի չի ունենում։

Ինչի համար է սուպերկոնդենսատորը: Գերկոնդենսատորները օգտագործվում են էներգիա կուտակելու, շարժիչների գործարկման համար, հիբրիդային մեքենաներում, որպես կարճաժամկետ հոսանքի աղբյուրներ:

Ինչպե՞ս է գերկոնդենսատորը տարբերվում տարբեր տեսակի մարտկոցներից: Մարտկոցը ունակ է քիմիական ռեակցիայի միջոցով ինքնուրույն արտադրել էլեկտրաէներգիա։ Գերկոնդենսատորը կուտակում է միայն թողարկված էներգիան:

Որտե՞ղ է օգտագործվում սուպերկոնդենսատորը: Ցածր հզորության կոնդենսատորները օգտագործվում են ֆլեշ բլոկներում (ամբողջովին լիցքաթափված) և ցանկացած համակարգում, որը պահանջում է մեծ թվով լիցքաթափման / լիցքավորման ցիկլեր: