האם קבלים-על יכולים להחליף מצברים ברכבים חשמליים?

מכוניות חשמליות והכלאות מושרשות היטב במוחו של הנהג המודרני כסיבוב חדש באבולוציית הרכבים. בהשוואה לדגמים המצוידים ב- ICE, לרכבים אלו יתרונות וחסרונות משלהם.

היתרונות כוללים תמיד פעולה שקטה, כמו גם היעדר זיהום במהלך הנסיעה (אם כי כיום הפיכת מצבר אחד לרכב חשמלי מזהמת את הסביבה ביותר מ -30 שנות הפעלה של מנוע דיזל יחיד).

החיסרון העיקרי של כלי רכב חשמליים הוא הצורך להטעין את המצבר. בקשר לכך, יצרניות הרכב המובילות מפתחות אפשרויות שונות כיצד להגדיל את חיי הסוללה ולהגדיל את המרווח בין הטעינה. אפשרות אחת כזו היא השימוש בקבלים-על.

שקול טכנולוגיה זו באמצעות הדוגמה של תעשיית מכוניות חדשות - למבורגיני סיאן. מהם היתרונות והחסרונות של התפתחות זו?

חדש בשוק הרכב החשמלי

כאשר למבורגיני מתחילה לגלגל מכוניות היברידיות, אתה יכול להיות סמוך ובטוח שזו לא תהיה רק ​​גרסה חזקה יותר של טויוטה פריוס.

סיאן, הופעת הבכורה של חברת החשמל האיטלקית, היא מכונית ההיברידית הייצורית הראשונה (עצומה 63) שמשתמשים בקבלי-על במקום בסוללות ליתיום-יון.

פיזיקאים ומהנדסים רבים מאמינים שהם מחזיקים במפתח לתנועתיות חשמלית מסיבית, ולא בסוללות ליתיום-יון. סיאן משתמש באילו לאחסון חשמל, ובמידת הצורך להזין אותו למנוע החשמלי הקטן שלו.

היתרונות של קבלים-על

קבלים-על טוענים ומשחררים אנרגיה הרבה יותר מהר מרוב הסוללות המודרניות. בנוסף, הם יכולים לעמוד באופן משמעותי במחזורי טעינה ופריקה מבלי לאבד קיבולת.

במקרה של סיאן, קולט-העל מניע מנוע חשמלי של 25 קילוואט המובנה בתיבת ההילוכים. זה יכול לספק דחיפה נוספת למנוע 6,5 כוחות סוס 12 ליטר V785 בעירה פנימית או להניע את מכונית הספורט בכוחות עצמו במהלך תמרונים במהירות נמוכה כמו חניה.

מכיוון שהטעינה מהירה מאוד, אין צורך לחבר את הכלאה זו לשקע בקיר או לתחנת טעינה. קבלים-על טעונים במלואם בכל פעם שהרכב נבלם. למכוניות היברידיות יש התאוששות של אנרגיית בלימה, אך היא איטית ומסייעת באופן חלקי להרחיב את הטווח החשמלי.

לסופר-קבלים יש עוד קלף מנצח גדול מאוד: משקל. בלמבורגיני סיאן, כל המערכת – המנוע החשמלי בתוספת הקבל – מוסיפה רק 34 קילוגרמים למשקל. במקרה זה, הגידול בהספק הוא 33,5 כוחות סוס. לשם השוואה, סוללת רנו זואי לבדה (עם 136 כוחות סוס) שוקלת כ-400 ק"ג.

חסרונות של קבלים-על

כמובן שלקבלי-על יש גם חסרונות בהשוואה לסוללות. עם הזמן הם צוברים אנרגיה הרבה יותר גרועה - אם סיאן לא רכבה שבוע, לא נשארת אנרגיה בקבל. אבל יש גם פתרונות אפשריים לבעיה הזו. למבורגיני עובדת עם המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) כדי ליצור דגם חשמלי גרידא המבוסס על קבלי-על, הרעיון המפורסם של Terzo Millenio (האלף השלישי).

bst

אגב, למבורגיני, שנמצאת בחסות קבוצת פולקסווגן, היא לא החברה היחידה שמתנסה בתחום הזה. דגמי פיג'ו היברידיים משתמשים בקבלי-על כבר שנים, וכך גם דגמי תאי הדלק המימן של טויוטה והונדה. יצרנים סיניים וקוריאנים מתקינים אותם באוטובוסים ובמשאיות חשמליות. ובשנה שעברה, טסלה קנתה את מקסוול אלקטרוניקה, אחת מיצרניות קבלי העל הגדולות בעולם, סימן בטוח שלפחות אילון מאסק מאמין בעתיד הטכנולוגיה.

7 עובדות מרכזיות להבנת קבלים-על

1 איך סוללות עובדות

טכנולוגיית הסוללה היא אחד הדברים שלקחנו כבר מזמן כמובן מאליו מבלי לחשוב איך זה עובד. רוב האנשים מדמיינים שבטעינה אנחנו פשוט "שופכים" חשמל לסוללה, כמו מים לכוס.

אבל סוללה לא אוגרת חשמל ישירות, אלא מייצרת אותו רק בעת הצורך על ידי תגובה כימית בין שתי אלקטרודות לנוזל (הנפוץ ביותר) המפריד ביניהן, הנקרא אלקטרוליט. בתגובה זו, הכימיקלים המצויים בה מומרים לאחרים. בתהליך זה נוצר חשמל. כשהם מומרים לחלוטין, התגובה נעצרת - הסוללה מתרוקנת.

עם זאת, עם סוללות נטענות, התגובה יכולה להתרחש גם בכיוון ההפוך - כאשר אתה מטעין אותה, האנרגיה מתחילה את התהליך ההפוך, אשר משחזר את הכימיקלים המקוריים. זה עשוי לחזור על עצמו מאות או אלפי פעמים, אבל בהכרח יש הפסדים. עם הזמן, חומרים טפיליים מצטברים על האלקטרודות, ולכן חיי הסוללה מוגבלים (בדרך כלל 3000 עד 5000 מחזורים).

2 כיצד עובדים בקבלים

לא מתרחשות תגובות כימיות במעבה. מטענים חיוביים ושליליים נוצרים אך ורק על ידי חשמל סטטי. בתוך הקבל שתי לוחות מתכת מוליכים המופרדים על ידי חומר בידוד הנקרא דיאלקטרי.

טעינה דומה מאוד לשפשוף כדור לסוודר צמר כך שהוא נדבק בחשמל סטטי. מטענים חיוביים ושליליים מצטברים בלוחות, והמפריד ביניהם, המונע מהם לבוא במגע, הוא למעשה אמצעי לאחסון אנרגיה. ניתן לטעון ולפרוק את הקבל אפילו מיליון פעם ללא אובדן קיבולת.

3 מהם קבלים-על

קבלים קונבנציונליים קטנים מכדי לאגור אנרגיה - בדרך כלל נמדדים במיקרו-פארד (מיליוני פארד). זו הסיבה שקבלי-על הומצאו בשנות החמישים. בגרסאות התעשייתיות הגדולות ביותר שלהן, המיוצרות על ידי חברות כמו מקסוול טכנולוגיות, הקיבולת מגיעה לכמה אלפי פארד, כלומר 1950-10% מהקיבולת של סוללת ליתיום-יון.

4 כיצד קבלים-על עובדים

שלא כמו קבלים רגילים, אין דיאלקטרי. במקום זאת, שתי הלוחות טובלות באלקטרוליט ומופרדות בשכבת בידוד דקה מאוד. הקיבול של קבל-על גדל למעשה ככל שהשטח של הלוחות הללו גדל והמרחק ביניהם יורד. כדי להגדיל את שטח הפנים, הם מצופים כיום בחומרים נקבוביים כמו ננו-צינורות פחמן (כל כך זעירים עד ש-10 מיליארד מהם נכנסים לס"מ רבוע אחד). המפריד יכול להיות בעובי מולקולה אחת בלבד עם שכבת גרפן.

כדי להבין את ההבדל, עדיף לחשוב על חשמל כעל מים. קבל פשוט יהיה אז כמו מגבת נייר שיכולה לספוג כמות מוגבלת. קבלים העל הם ספוג המטבח בדוגמה.

5 סוללות: יתרונות וחסרונות

לסוללות יתרון משמעותי אחד - צפיפות אנרגיה גבוהה, המאפשרת להן לאגור כמויות גדולות יחסית של אנרגיה במאגר קטן.

עם זאת, יש להם גם חסרונות רבים - משקל כבד, חיים מוגבלים, טעינה איטית ושחרור אנרגיה איטי יחסית. בנוסף, מתכות רעילות וחומרים מסוכנים אחרים משמשים לייצורם. סוללות יעילות רק בטווח טמפרטורות צר, ולכן לעתים קרובות יש צורך לקרר או לחמם אותן, מה שמפחית את היעילות הגבוהה שלהן.

6 קבלים-על: יתרונות וחסרונות

קבלי-על קלים בהרבה מסוללות, החיים שלהם ארוכים לאין ערוך, הם אינם דורשים שום חומרים מסוכנים, הם נטענים ומשחררים אנרגיה כמעט באופן מיידי. מכיוון שכמעט ואין להם התנגדות פנימית, הם אינם צורכים אנרגיה כדי לתפקד - היעילות שלהם היא 97-98%. קבלי-על פועלים ללא סטיות משמעותיות בכל הטווח שבין -40 ל-+65 מעלות צלזיוס.

החיסרון הוא שהם אוגרים פחות אנרגיה באופן משמעותי מסוללות ליתיום-יון.

7 תוכן חדש

אפילו קבלים-העל המודרניים המתקדמים ביותר אינם יכולים להחליף סוללות ברכבים חשמליים לחלוטין. אך מדענים וחברות פרטיות רבות פועלים לשיפורם. לדוגמא, בבריטניה Superdielectrics עובדת עם חומר שפותח במקור לייצור עדשות מגע.

שלד טכנולוגיות עובדת עם גרפן, צורה אלוטרופית של פחמן. שכבה אחת בעובי אטום אחד חזקה פי 100 מפלדה בעלת חוזק גבוה, ורק גרם אחד ממנה יכול לכסות 1 מטרים רבועים. החברה התקינה קבלי-על של גרפן בטנדרים דיזל רגילים והשיגה חיסכון של 2000% בדלק.

למרות העובדה כי קבלים-על אינם יכולים להחליף את הסוללה לחלוטין, כיום קיימת מגמה חיובית בפיתוח טכנולוגיה זו.

שאלות ותשובות:

איך עובד קבל-על? זה עובד באותו אופן כמו קבל בעל קיבולת גבוהה. בו מצטבר חשמל עקב סטטי במהלך הקיטוב של האלקטרוליט. למרות שזהו מכשיר אלקטרוכימי, לא מתרחשת תגובה כימית.

בשביל מה יש קבל-על? קבלי-על משמשים לאחסון אנרגיה, התנעת מנועים, בכלי רכב היברידיים, כמקורות לזרם קצר טווח.

במה שונה קבל-על מסוגים שונים של סוללות? הסוללה מסוגלת לייצר חשמל בעצמה באמצעות תגובה כימית. קבל-העל צובר רק את האנרגיה המשתחררת.

היכן משתמשים ב-Supercapacitor? קבלים בעלי קיבולת נמוכה משמשים ביחידות פלאש (פרוק מלא) ובכל מערכת הדורשת מספר רב של מחזורי פריקה/טעינה.