Суперконденсаторлор электр унааларындагы батарейкаларды алмаштыра алабы?

Электромобилдер жана гибриддер заманбап автомобилисттин аң-сезиминде унаа эволюциясынын жаңы айлампасы катары бекем орун алган. ICE менен жабдылган моделдерге салыштырганда, бул унаалардын өзүнүн артыкчылыктары жана кемчиликтери бар.

Артыкчылыктары ар дайым тынч иштөөнү, ошондой эле айдоо учурунда булгануунун жоктугун камтыйт (бирок бүгүнкү күндө бир электр батареясынын иштеши айлана-чөйрөнү бир дизелдик кыймылдаткычта иштегенден бери 30 жылдан ашуун убакыттан бери булгап жатат).

Электр унааларынын негизги кемчилиги - батареяны заряддоо зарылдыгы. Ушуга байланыштуу, алдыңкы унаа өндүрүүчүлөр батареянын иштөө мөөнөтүн көбөйтүү жана заряддардын ортосундагы аралыкты көбөйтүү боюнча ар кандай варианттарды иштеп чыгууда. Бул варианттардын бири - суперконденсаторлорду колдонуу.

Бул технологияны жаңы унаа индустриясынын мисалында карап көрөлү - Lamborghini Sian. Бул өнүгүүнүн кандай артыкчылыктары жана кемчиликтери бар?

Электр унаа базарындагы жаңылыктар

Lamborghini гибридин чыгара баштаганда, ал Toyota Priusтун күчтүү версиясы болбойт деп ишенсеңиз болот.

Sian, италиялык электрификация компаниясынын дебюту - литий-ион батарейкаларынын ордуна суперконденсаторлорду колдонгон биринчи өндүрүштүк гибриддик унаа (ири 63).

Көптөгөн физиктер жана инженерлер литий-ион батарейкаларын эмес, массалык электр кыймылын ачкыч деп эсептешет. Sian буларды электр энергиясын сактоо үчүн колдонот жана керек болсо, аны өзүнүн кичинекей электр кыймылдаткычына берет.

Суперконденсаторлордун артыкчылыктары

Суперконденсаторлор көпчүлүк заманбап батареяларга караганда тезирээк кубаттап, энергияны бөлүп чыгарат. Мындан тышкары, алар кубаттуулугун жоготпостон, заряддын жана разряддын айлампасына кыйла туруштук бере алышат.

Sian боюнча, суперконденсатор редукторго орнотулган 25 киловатт электр кыймылдаткычын айдайт. Ал 6,5 аттын кубаттуулугу 12 литрлик V785 ички күйүү кыймылдаткычына кошумча түрткү берет же унаа токтоочу жай сыяктуу төмөнкү ылдамдыктагы маневрлар учурунда спорт унаасын өз алдынча айдай алат.

Кубаттоо абдан тез болгондуктан, бул гибридди розеткага же кубаттоочу станцияга туташтыруунун кажети жок. Суперконденсаторлор унаа тормоз берген сайын толук кубатталып турат. Батарея гибриддеринде тормоздук энергия калыбына келет, бирок ал жай жана электр диапазонун кеңейтүүгө жарым-жартылай гана жардам берет.

Суперконденсатордо дагы бир чоң карта бар: салмак. Lamborghini Sian-да бүт система - электр кыймылдаткычы жана конденсатор - салмагына 34 килограмм гана кошот. Бул учурда кубаттуулуктун өсүшү 33,5 аттын күчүн түзөт. Салыштыруу үчүн, бир гана Renault Zoe аккумуляторунун (136 аттын күчү менен) салмагы 400 кг.

Суперконденсаторлордун кемчиликтери

Албетте, суперконденсаторлордун батарейкаларга салыштырмалуу кемчиликтери да бар. Убакыттын өтүшү менен алар энергияны ого бетер начар топтойт - эгер Сиан бир жума бою минбесе, конденсатордо энергия калбайт. Бирок бул маселени чечүү жолдору да бар. Lamborghini компаниясы Массачусетс технологиялык институту (MIT) менен бирге суперконденсаторлорго негизделген таза электр моделин, атактуу Terzo Millenio (Үчүнчү миң жылдык) концепциясын түзүү үчүн иштеп жатат.

бст

Айтмакчы, Volkswagen Group компаниясына караштуу Lamborghini бул тармакта эксперимент жүргүзүп жаткан жалгыз компания эмес. Peugeot гибриддик моделдери көптөгөн жылдар бою суперконденсаторлорду, ошондой эле Toyota менен Хонданын суутек күйүүчү май клеткаларынын моделдерин колдонуп келет. Кытай жана кореялык өндүрүшчүлөр аларды электр автобустарына жана жүк ташуучу унааларга орнотууда. Ал эми өткөн жылы Тесла дүйнөдөгү эң ири суперконденсатор өндүрүүчүлөрдүн бири Максвелл Электрониксти сатып алды, бул жок дегенде Илон Маск технологиянын келечегине ишенеринин айкын белгиси.

Суперконденсаторлорду түшүнүү үчүн 7 негизги факт

1 Батарейкалар кантип иштейт

Батарея технологиясы биз көптөн бери анын кантип иштеши жөнүндө ойлонбостон эле кабыл алган нерселердин бири. Көпчүлүк адамдар кубаттоодо биз жөн эле стакандагы суудай эле батарейкага электр энергиясын “куюп коёбуз” деп ойлошот.

Бирок батарея электр энергиясын түздөн-түз сактабайт, бирок аны эки электрод менен электролит деп аталган суюктуктун (көбүнчө) ортосундагы химиялык реакциянын натыйжасында пайда кылат. Бул реакцияда андагы химиялык заттар башкаларга айланат. Бул процесстин жүрүшүндө электр энергиясы өндүрүлөт. Алар толугу менен айландырылганда, реакция токтойт - батареянын заряды түгөнүп калат.

Бирок, кайра заряддалуучу батарейкалар менен реакция тескери багытта да болушу мүмкүн – аны кубаттаганда энергия баштапкы химиялык заттарды калыбына келтирүүчү тескери процессти баштайт. Бул жүздөгөн же миңдеген жолу кайталанышы мүмкүн, бирок сөзсүз түрдө жоготуулар болот. Убакыттын өтүшү менен электроддордо мите заттар пайда болот, ошондуктан батареянын иштөө мөөнөтү чектелет (адатта 3000ден 5000ге чейин цикл).

2 Конденсаторлор кандай иштейт

Конденсатордо химиялык реакциялар болбойт. Оң жана терс заряддар статикалык электр энергиясы менен гана иштелип чыгат. Конденсатордун ичинде диэлектрик деп аталган жылуулоочу материал менен бөлүнгөн эки өткөргүч металл плитасы бар.

Кубаттоо топту статикалык электр тогу менен жабышып тургандай кылып, жүндөн токулган жемпирге сүртүүгө абдан окшош. Пластинкаларда оң жана терс заряддар топтолуп, алардын ортосундагы байланышка тоскоол болгон сепаратор чындыгында энергияны сактоочу каражат болуп саналат. Конденсатор кубаттуулугун жоготпостон миллион жолу заряддалышы жана заряддалышы мүмкүн.

3 Суперконденсаторлор деген эмне

Кадимки конденсаторлор энергияны сактоо үчүн өтө кичинекей - адатта микрофараддар менен өлчөнөт (миллиондогон фарад). Мына ошондуктан суперконденсаторлор 1950-жылдары ойлоп табылган. Maxwell Technologies сыяктуу компаниялар тарабынан өндүрүлгөн алардын эң ири өнөр жай варианттарында кубаттуулугу бир нече миң фарадка жетет, башкача айтканда, литий-иондук батареянын кубаттуулугунун 10-20%.

4 Суперконденсаторлор кандай иштейт

Кадимки конденсаторлордон айырмаланып, диэлектрик жок. Анын ордуна, эки плиталар электролитке чөмүлдүрүлүп, өтө жука жылуулоочу катмар менен бөлүнгөн. Суперконденсатордун сыйымдуулугу чындыгында бул плиталардын аянты чоңоюп, алардын ортосундагы аралык азайган сайын көбөйөт. Үстүнүн аянтын көбөйтүү үчүн алар учурда көмүртек нанотүтүкчөлөрү сыяктуу тешиктүү материалдар менен капталган (ошондой эле кичинекей болгондуктан, алардын 10 миллиарды бир чарчы смге туура келет). Сепаратор графен катмары менен жоон бир молекула гана болушу мүмкүн.

Бул айырмачылыкты түшүнүү үчүн электр энергиясын суу деп түшүнүү жакшы. Ошондо жөнөкөй конденсатор чектелген өлчөмдө сиңип кете турган кагаз сүлгү сыяктуу болот. Суперконденсатор мисалда келтирилген ашкана губкасы.

5 Батарея: Оң жана терс жактары

Батареялардын бир маанилүү артыкчылыгы бар - энергиянын жогорку тыгыздыгы, бул кичинекей резервуарда салыштырмалуу чоң көлөмдөгү энергияны сактоого мүмкүндүк берет.

Бирок, алардын дагы көптөгөн кемчиликтери бар - оор салмак, чектелген өмүр, жай заряддоо жана салыштырмалуу жай энергия чыгаруу. Мындан тышкары, аларды өндүрүү үчүн уулуу металлдар жана башка коркунучтуу заттар колдонулат. Батареялар тар температура диапазонунда гана эффективдүү болот, ошондуктан аларды көбүнчө муздатуу же ысытуу керек, бул алардын жогорку натыйжалуулугун төмөндөтөт.

6 Суперконденсатор: Оң жана терс жактары

Суперконденсаторлор батарейкаларга караганда бир топ жеңил, алардын иштөө мөөнөтү салыштырылгыс узун, алар эч кандай коркунучтуу заттарды талап кылбайт, дээрлик ошол замат зарядды жана энергияны бөлүп чыгарышат. Алар дээрлик эч кандай ички каршылык жок болгондуктан, алар иштеши үчүн энергияны керектебейт - алардын натыйжалуулугу 97-98% түзөт. Суперконденсаторлор -40тан +65 градуска чейинки бардык диапазондо олуттуу четтөөлөрсүз иштешет.

Кемчилиги - алар литий-ион батареяларына караганда кыйла аз энергия топтошот.

7 Жаңы мазмун

Заманбап заманбап суперконденсаторлор дагы, электр унааларындагы батареяларды толугу менен алмаштыра албайт. Бирок көптөгөн илимпоздор жана жеке компаниялар аларды өркүндөтүүнүн үстүндө иштеп жатышат. Мисалы, Улуу Британияда Superdielectrics алгач линзаларды өндүрүү үчүн иштелип чыккан материал менен иштеп жатат.

Skeleton Technologies компаниясы көмүртектин аллотропиялык түрү болгон графен менен иштеп жатат. Бир атомдун калың катмары күчтүү болоттон 100 эсе күчтүү жана анын 1 граммы эле 2000 чарчы метрди ээлей алат. Компания кадимки дизелдик фургондорго графендик суперконденсаторлорду орнотуп, күйүүчү майды 32% үнөмдөөгө жетишкен.

Суперконденсаторлор батареяларды толук алмаштыра албагандыгына карабастан, бүгүнкү күндө бул технологиянын өнүгүшүндө оң тенденция байкалууда.

Суроолор жана жооптор:

Суперконденсатор кантип иштейт? Ал жогорку кубаттуулуктагы конденсатор сыяктуу эле иштейт. Анда электролиттин поляризациясы учурунда статикадан улам электр энергиясы топтолот. Бул электрохимиялык түзүлүш болгону менен эч кандай химиялык реакция болбойт.

Суперконденсатор эмне үчүн керек? Суперконденсаторлор кыска мөөнөттүү токтун булагы катары гибриддик унааларда энергияны сактоо, моторлорду ишке киргизүү үчүн колдонулат.

Суперконденсатор батарейкалардын ар кандай түрлөрүнөн эмнеси менен айырмаланат? Батарея химиялык реакция аркылуу өз алдынча электр энергиясын өндүрүүгө жөндөмдүү. Суперконденсатор бөлүнгөн энергияны гана топтойт.

Supercapacitor кайда колдонулат? Төмөн кубаттуулуктагы конденсаторлор флеш блоктордо (толугу менен разряддалган) жана көп сандагы разряд/заряддоо циклдерин талап кылган ар кандай системада колдонулат.