Geta ofgnóttar rafhlöður skipt um rafhlöður?

Rafbílar og blendingar eru rótgróin í huga nútímabifreiðastjóra sem nýrrar umferðar í þróun ökutækja. Í samanburði við ICE búnaðar gerðir hafa þessi ökutæki sína kosti og galla.

Kostirnir fela alltaf í sér hljóðlátan rekstur, sem og skortur á mengun meðan á ferðinni stendur (þó að í dag sé eitt rafhlaða fyrir rafbíl mengandi umhverfinu í meira en 30 ára notkun eins dísilvélar).

Helsti ókostur rafknúinna ökutækja er nauðsyn þess að hlaða rafhlöðuna. Í tengslum við þetta eru leiðandi bílaframleiðendur að þróa ýmsa möguleika til að auka endingu rafhlöðunnar og auka bilið milli hleðslna. Einn af þessum valkostum er notkun supercapacitors.

Íhugaðu þessa tækni með því að nota dæmið um nýjan bílaiðnað - Lamborghini Sian. Hverjir eru kostir og gallar þessarar þróunar?

Nýtt á rafknúnum ökutækjamarkaði

Þegar Lamborghini byrjar að rúlla út tvinnbíl geturðu verið viss um að það verður ekki bara öflugri útgáfa af Toyota Prius.

Sian, frumraun ítalska rafvæðingarfyrirtækisins, er fyrsti framleiðsla tvinnbílsins (63 einingar) sem notaði ofgnótt í stað litíumjónarafhlöður.

Margir eðlisfræðingar og verkfræðingar telja að þetta séu lyklarnir að rafmagns hreyfanleika, ekki litíumjónarafhlöður. Sian notar þessar til að geyma rafmagn og, ef nauðsyn krefur, gefa það lítinn rafmótor sinn.

Kostir supercapacitors

Supercapacitors hleðst og sleppir orku miklu hraðar en flestar nútíma rafhlöður. Að auki þola þeir verulega meiri hleðslu- og afhleðsluferli án þess að missa afkastagetu.

Þegar um Sian er að ræða þá keyrir ofurþéttarinn 25 kílówatt rafmótor sem er innbyggður í gírkassann. Það getur annaðhvort veitt 6,5 hestafla 12 ​​lítra V785 innbrennsluvélar viðbótaruppörvun eða ekið á sportbílinn á eigin spýtur á litlum hraða hreyfingum eins og bílastæði.

Þar sem hleðslan er mjög hröð þarf ekki að tengja þennan blending inn í innstungu eða hleðslustöð. Supercapacitors eru fullhlaðnir í hvert skipti sem ökutækið bremsur. Rafhlöðublendingar eru einnig með bataorku, en það er hægt og hjálpar aðeins að hluta til að lengja rafmagnssviðið.

Ofurþéttinn er með annað mjög stórt tromp: þyngd. Í Lamborghini Sian bætir allt kerfið – rafmótorinn auk þéttisins – aðeins 34 kílóum við þyngdina. Í þessu tilviki er kraftaukningin 33,5 hestöfl. Til samanburðar má nefna að Renault Zoe rafhlaðan ein (með 136 hestöfl) vegur um 400 kg.

Ókostir supercapacitors

Ofurþéttar hafa auðvitað líka ókosti miðað við rafhlöður. Með tímanum safna þeir orku mun verri - ef Sian hefur ekki hjólað í viku er engin orka eftir í þéttinum. En það eru líka mögulegar lausnir á þessu vandamáli. Lamborghini vinnur með Massachusetts Institute of Technology (MIT) að því að búa til hreint rafmagns líkan sem byggir á ofurþéttum, hið fræga Terzo Millenio (þriðja árþúsund) hugmynd.

bst

Við the vegur, Lamborghini, sem er á vegum Volkswagen Group, er ekki eina fyrirtækið sem gerir tilraunir á þessu sviði. Peugeot tvinnbílar hafa notað ofurþétta í mörg ár, eins og vetnisefnarafalagerðir Toyota og Honda. Kínverskir og kóreskir framleiðendur eru að setja þau upp í rafmagnsrútur og vörubíla. Og á síðasta ári keypti Tesla Maxwell Electronics, einn stærsta ofurþéttaframleiðanda heims, öruggt merki um að að minnsta kosti Elon Musk trúir á framtíð tækninnar.

7 helstu staðreyndir til að skilja ofgnótt

1 Hvernig rafhlöður virka

Rafhlöðutækni er eitt af því sem við höfum lengi tekið sem sjálfsögðum hlut án þess að hugsa um hvernig hún virkar. Flestir ímynda sér að við hleðslu „hellum“ við einfaldlega rafmagni í rafhlöðuna, eins og vatni í glas.

En rafhlaða geymir ekki rafmagn beint, heldur framleiðir það aðeins þegar þess er þörf með efnahvörfum milli tveggja rafskauta og vökva (oftast) sem aðskilur þau, kallaður raflausn. Í þessu hvarfi er efnum í því breytt í önnur. Við þetta ferli myndast rafmagn. Þegar þeim er algjörlega breytt hættir viðbragðið - rafhlaðan er tæmd.

Hins vegar, með endurhlaðanlegum rafhlöðum, getur efnahvarfið einnig átt sér stað í gagnstæða átt - þegar þú hleður það, byrjar orkan öfugt ferli, sem endurheimtir upprunalegu efnin. Þetta getur verið endurtekið hundruð eða þúsundir sinnum, en óhjákvæmilega er tap. Með tímanum safnast sníkjudýr upp á rafskautunum, þannig að líftími rafhlöðunnar er takmarkaður (venjulega 3000 til 5000 lotur).

2 Hvernig þétta virkar

Engin efnafræðileg viðbrögð eiga sér stað í eimsvalanum. Jákvæð og neikvæð hleðsla myndast eingöngu af stöðugu rafmagni. Inni í þéttinum eru tveir leiðandi málmplötur aðskilin með einangrunarefni sem kallast rafstöð.

Hleðsla er mjög svipuð því að nudda kúlu í lopapeysu þannig að hún festist með kyrrstöðu. Jákvæð og neikvæð hleðsla safnast upp í plötunum og skilin á milli þeirra, sem kemur í veg fyrir að þau komist í snertingu, er í raun leið til að geyma orku. Hægt er að hlaða og losa þéttarann ​​jafnvel milljón sinnum án þess að rafmagnstap hafi tapast.

3 Hvað eru supercapacitors

Hefðbundnir þéttar eru of litlir til að geyma orku - venjulega mældir í míkrófaradum (milljónum farad). Þetta er ástæðan fyrir því að ofurþéttar voru fundnir upp á fimmta áratugnum. Í stærstu iðnaðarafbrigðum þeirra, framleidd af fyrirtækjum eins og Maxwell Technologies, nær afkastagetan nokkur þúsund farad, það er 1950-10% af getu litíumjónarafhlöðu.

4 Hvernig ofgnótt vinna

Ólíkt hefðbundnum þéttum, þá er ekkert rafmagn. Þess í stað eru plöturnar tvær sökktar í raflausn og aðskildar með mjög þunnu einangrunarlagi. Rýmd ofurþétta eykst í raun eftir því sem flatarmál þessara platna eykst og fjarlægðin á milli þeirra minnkar. Til að auka yfirborðsflatarmál eru þau nú húðuð með gljúpum efnum eins og kolefnisnanorörum (svo pínulítil að 10 milljarðar þeirra passa í einn fermetra cm). Skiljan getur aðeins verið ein sameind þykk með lagi af grafeni.

Til að skilja muninn er best að hugsa um rafmagn sem vatn. Einfaldur þétti væri þá eins og pappírshandklæði sem getur tekið í sig takmarkað magn. Ofurpúðinn er eldhús svampurinn í dæminu.

5 rafhlöður: kostir og gallar

Rafhlöður hafa einn verulegan kost - hár orkuþéttleiki, sem gerir þeim kleift að geyma tiltölulega mikið magn af orku í litlu geymi.

Hins vegar hafa þeir líka marga ókosti - þung þyngd, takmarkað líf, hæg hleðsla og tiltölulega hæg orkulosun. Auk þess eru eitraðir málmar og önnur hættuleg efni notuð við framleiðslu þeirra. Rafhlöður eru aðeins skilvirkar á þröngu hitastigi og því þarf oft að kæla þær eða hita þær, sem dregur úr mikilli skilvirkni þeirra.

6 Supercapacitors: Kostir og gallar

Ofurþéttar eru mun léttari en rafhlöður, endingartími þeirra er óviðjafnanlega lengri, þeir þurfa ekki nein hættuleg efni, þeir hlaða og losa orku nánast samstundis. Þar sem þeir hafa nánast ekkert innra viðnám, eyða þeir ekki orku til að virka - skilvirkni þeirra er 97-98%. Ofurþéttar starfa án teljandi frávika á öllu bilinu frá -40 til +65 gráður á Celsíus.

Ókosturinn er að þeir geyma verulega minni orku en litíumjónarafhlöður.

7 Nýtt efni

Jafnvel háþróaður nútíma ofurþétti getur ekki alveg skipt um rafhlöður í rafknúnum ökutækjum. En margir vísindamenn og einkafyrirtæki vinna að því að bæta þau. Til dæmis, í Bretlandi, vinnur Superdielectrics með efni sem upphaflega var þróað til framleiðslu snertilinsa.

Skeleton Technologies er að vinna með grafen, allótrópískt form kolefnis. Eitt lag eins atóms þykkt er 100 sinnum sterkara en hástyrkt stál og aðeins 1 gramm af því getur þekjað 2000 fermetra. Fyrirtækið setti grafen ofurþétta í hefðbundna dísilbíla og náði 32% eldsneytissparnaði.

Þrátt fyrir þá staðreynd að supercapacitors geta ekki alveg skipt um rafhlöður, í dag er jákvæð þróun í þróun þessarar tækni.

Spurningar og svör:

Hvernig virkar ofurþétti? Það virkar á sama hátt og þéttir með mikla afkastagetu. Í henni safnast rafmagn fyrir vegna truflana við skautun raflausnarinnar. Þó að það sé rafefnafræðilegt tæki eiga sér engin efnahvörf sér stað.

Til hvers er ofurþétti? Ofurþéttar eru notaðir til orkugeymslu, ræsingar á mótorum, í tvinnbílum, sem uppsprettur skammtímastraums.

Hvernig er ofurþétti frábrugðinn mismunandi gerðum rafhlöðu? Rafhlaðan er fær um að framleiða rafmagn sjálf með efnahvörfum. Ofurþéttinn safnar aðeins orkunni sem losnar.

Hvar er Supercapacitor notaður? Lágafkastagetu þéttar eru notaðir í flasseiningum (að fullu afhleðslu) og í hvaða kerfi sem er sem krefst mikils fjölda afhleðslu/hleðslulota.