Bisakah superkapasitor mengganti baterai pada kendaraan listrik?

Mobil listrik dan hibrida berakar kuat di benak pengendara modern sebagai babak baru dalam evolusi kendaraan. Jika dibandingkan dengan model yang dilengkapi ICE, kendaraan ini memiliki kelebihan dan kekurangan.

Keuntungannya selalu mencakup pengoperasian yang tenang, serta tidak adanya polusi selama berkendara (meski saat ini, membuat satu baterai untuk kendaraan listrik mencemari lingkungan lebih dari 30 tahun mengoperasikan satu mesin diesel).

Kerugian utama kendaraan listrik adalah kebutuhan untuk mengisi baterai. Sehubungan dengan hal ini, pabrikan mobil terkemuka sedang mengembangkan berbagai opsi tentang cara meningkatkan masa pakai baterai dan meningkatkan interval antar pengisian. Salah satu opsi ini adalah penggunaan superkapasitor.

Pertimbangkan teknologi ini menggunakan contoh industri mobil baru - Lamborghini Sian. Apa keuntungan dan kerugian dari pengembangan ini?

Baru di pasar kendaraan listrik

Ketika Lamborghini mulai meluncurkan hibrida, Anda dapat yakin bahwa itu bukan hanya versi Toyota Prius yang lebih bertenaga.

Sian, debut perusahaan elektrifikasi Italia, adalah mobil hibrida produksi pertama (63 kekalahan) yang menggunakan superkapasitor, bukan baterai lithium-ion.

Banyak fisikawan dan insinyur percaya bahwa mereka memegang kunci mobilitas listrik massal, bukan baterai lithium-ion. Sian menggunakannya untuk menyimpan listrik dan, jika perlu, menyalurkannya ke motor listrik kecilnya.

Keunggulan superkapasitor

Superkapasitor mengisi dan melepaskan energi jauh lebih cepat daripada kebanyakan baterai modern. Selain itu, mereka dapat menahan lebih banyak siklus pengisian dan pengosongan tanpa kehilangan kapasitas.

Dalam kasus Sian, superkapasitor menggerakkan motor listrik 25 kilowatt yang dipasang di kotak roda gigi. Ini dapat memberikan dorongan tambahan untuk mesin pembakaran internal 6,5 tenaga kuda 12 ​​liter V785, atau menggerakkan mobil sport itu sendiri selama manuver kecepatan rendah seperti parkir.

Karena pengisian daya sangat cepat, hibrida ini tidak perlu dicolokkan ke stopkontak atau stasiun pengisian daya. Superkapasitor terisi penuh setiap kali kendaraan mengerem. Baterai hibrida juga memiliki pemulihan energi pengereman, tetapi lambat dan hanya membantu memperpanjang jangkauan listrik.

Superkapasitor memiliki kartu truf lain yang sangat besar: berat. Di Lamborghini Sian, seluruh sistem – motor listrik plus kapasitor – hanya menambah bobot 34 kilogram. Dalam hal ini, peningkatan tenaganya adalah 33,5 tenaga kuda. Sebagai perbandingan, baterai Renault Zoe saja (dengan 136 tenaga kuda) beratnya sekitar 400kg.

Kekurangan superkapasitor

Tentunya superkapasitor juga memiliki kekurangan dibandingkan dengan baterai. Seiring waktu, mereka mengakumulasi energi jauh lebih buruk - jika Sian tidak berkendara selama seminggu, tidak ada energi yang tersisa di kapasitor. Tetapi ada juga kemungkinan solusi untuk masalah ini. Lamborghini bekerja sama dengan Massachusetts Institute of Technology (MIT) untuk membuat model listrik murni berdasarkan superkapasitor, konsep Terzo Millenio (Milenium Ketiga) yang terkenal.

pertama

Omong-omong, Lamborghini yang berada di bawah naungan Grup Volkswagen bukanlah satu-satunya perusahaan yang bereksperimen di bidang ini. Model hibrida Peugeot telah menggunakan superkapasitor selama bertahun-tahun, seperti halnya model sel bahan bakar hidrogen Toyota dan Honda. Pabrikan Cina dan Korea memasangnya di bus dan truk listrik. Dan tahun lalu, Tesla membeli Maxwell Electronics, salah satu pembuat superkapasitor terbesar di dunia, pertanda pasti bahwa setidaknya Elon Musk percaya pada masa depan teknologi.

7 fakta kunci untuk memahami superkapasitor

1 Bagaimana baterai bekerja

Teknologi baterai adalah salah satu hal yang sudah lama kita anggap remeh tanpa memikirkan cara kerjanya. Kebanyakan orang membayangkan bahwa saat mengisi daya, kita cukup "menuangkan" listrik ke dalam baterai, seperti air ke dalam gelas.

Tetapi baterai tidak menyimpan listrik secara langsung, tetapi hanya menghasilkannya saat dibutuhkan oleh reaksi kimia antara dua elektroda dan cairan (paling umum) yang memisahkannya, yang disebut elektrolit. Dalam reaksi ini, bahan kimia di dalamnya diubah menjadi yang lain. Selama proses ini, listrik dihasilkan. Ketika mereka sepenuhnya dikonversi, reaksi berhenti - baterai habis.

Namun, dengan baterai yang dapat diisi ulang, reaksi juga dapat terjadi dalam arah yang berlawanan - saat Anda mengisi daya, energi memulai proses sebaliknya, yang memulihkan bahan kimia aslinya. Ini mungkin diulang ratusan atau ribuan kali, tetapi pasti ada kerugian. Seiring waktu, zat parasit menumpuk di elektroda, sehingga masa pakai baterai terbatas (biasanya 3000 hingga 5000 siklus).

2 Bagaimana kapasitor bekerja

Tidak ada reaksi kimia yang terjadi di kondensor. Muatan positif dan negatif dihasilkan secara eksklusif oleh listrik statis. Di dalam kapasitor ada dua pelat logam konduktif yang dipisahkan oleh bahan isolasi yang disebut dielektrik.

Mengisi daya sangat mirip dengan menggosok bola ke sweter wol agar menempel dengan listrik statis. Muatan positif dan negatif terakumulasi di pelat, dan pemisah di antara mereka, yang mencegah mereka untuk bersentuhan, sebenarnya adalah sarana untuk menyimpan energi. Kapasitor dapat diisi dan dikosongkan bahkan jutaan kali tanpa kehilangan kapasitas.

3 Apa itu superkapasitor

Kapasitor konvensional terlalu kecil untuk menyimpan energi - biasanya diukur dalam mikrofarad (jutaan farad). Inilah sebabnya mengapa superkapasitor ditemukan pada 1950-an. Dalam varian industri terbesarnya, yang diproduksi oleh perusahaan seperti Maxwell Technologies, kapasitasnya mencapai beberapa ribu farad, yaitu 10-20% dari kapasitas baterai lithium-ion.

4 Bagaimana superkapasitor bekerja

Tidak seperti kapasitor konvensional, tidak ada dielektrik. Sebaliknya, kedua pelat direndam dalam elektrolit dan dipisahkan oleh lapisan isolasi yang sangat tipis. Kapasitansi superkapasitor sebenarnya meningkat seiring bertambahnya luas pelat ini dan jarak di antara keduanya berkurang. Untuk menambah luas permukaan, mereka saat ini dilapisi dengan bahan berpori seperti tabung nano karbon (sangat kecil sehingga 10 miliar di antaranya muat dalam satu cm persegi). Pemisah hanya bisa setebal satu molekul dengan lapisan graphene.

Untuk memahami perbedaannya, yang terbaik adalah menganggap listrik sebagai air. Kapasitor sederhana kemudian akan menjadi seperti handuk kertas yang dapat menyerap dalam jumlah terbatas. Superkapasitor adalah spons dapur pada contoh.

5 Baterai: Pro dan Kontra

Baterai memiliki satu keunggulan signifikan - kepadatan energi yang tinggi, yang memungkinkannya menyimpan energi dalam jumlah yang relatif besar dalam reservoir kecil.

Namun, mereka juga memiliki banyak kelemahan - bobot yang berat, masa pakai yang terbatas, pengisian daya yang lambat, dan pelepasan energi yang relatif lambat. Selain itu, logam beracun dan zat berbahaya lainnya digunakan untuk produksinya. Baterai hanya efisien pada kisaran suhu yang sempit, sehingga sering perlu didinginkan atau dipanaskan, mengurangi efisiensinya yang tinggi.

6 Supercapacitors: Pro dan Kontra

Superkapasitor jauh lebih ringan daripada baterai, masa pakainya jauh lebih lama, tidak memerlukan zat berbahaya apa pun, mengisi dan melepaskan energi hampir secara instan. Karena mereka hampir tidak memiliki resistansi internal, mereka tidak mengkonsumsi energi untuk berfungsi - efisiensinya 97-98%. Superkapasitor beroperasi tanpa penyimpangan yang signifikan di seluruh rentang dari -40 hingga +65 derajat Celcius.

Kerugiannya adalah mereka menyimpan lebih sedikit energi daripada baterai lithium-ion.

7 Konten baru

Bahkan superkapasitor modern paling canggih pun tidak dapat sepenuhnya menggantikan baterai di kendaraan listrik. Tetapi banyak ilmuwan dan perusahaan swasta bekerja untuk memperbaikinya. Misalnya, di Inggris, Superdielectrics bekerja dengan bahan yang awalnya dikembangkan untuk produksi lensa kontak.

Skeleton Technologies bekerja dengan graphene, bentuk karbon alotropik. Satu lapisan setebal satu atom 100 kali lebih kuat dari baja berkekuatan tinggi, dan hanya 1 gramnya dapat menutupi 2000 meter persegi. Perusahaan memasang superkapasitor graphene di van diesel konvensional dan mencapai penghematan bahan bakar 32%.

Terlepas dari kenyataan bahwa superkapasitor tidak dapat sepenuhnya menggantikan baterai, saat ini ada tren positif dalam perkembangan teknologi ini.

Pertanyaan dan Jawaban:

Bagaimana cara kerja superkapasitor? Ia bekerja dengan cara yang sama seperti kapasitor berkapasitas tinggi. Di dalamnya, listrik terakumulasi karena statis selama polarisasi elektrolit. Meskipun merupakan perangkat elektrokimia, tidak ada reaksi kimia yang terjadi.

Untuk apa superkapasitor? Superkapasitor digunakan untuk penyimpanan energi, motor starter, pada kendaraan hybrid, sebagai sumber arus jangka pendek.

Bagaimana superkapasitor berbeda dari berbagai jenis baterai? Baterai mampu menghasilkan listrik dengan sendirinya melalui reaksi kimia. Superkapasitor hanya mengumpulkan energi yang dilepaskan.

Di mana Superkapasitor digunakan? Kapasitor berkapasitas rendah digunakan dalam unit lampu kilat (kosong penuh) dan dalam sistem apa pun yang memerlukan sejumlah besar siklus pengosongan/pengisian.