सुपर कॅपेसिटर इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये बॅटरी बदलू शकतात?

इलेक्ट्रिक कार आणि हायब्रीड्स हे वाहनांच्या उत्क्रांतीच्या नवीन फेरीच्या रूपात आधुनिक वाहनचालकाच्या मनात घट्ट रुजले आहेत. ICE-सुसज्ज मॉडेलच्या तुलनेत, या वाहनांचे स्वतःचे फायदे आणि तोटे आहेत.

फायद्यांमध्ये नेहमीच शांत ऑपरेशन, तसेच राइड दरम्यान प्रदूषणाची अनुपस्थिती समाविष्ट असते (जरी आज इलेक्ट्रिक कारसाठी एका बॅटरीचे उत्पादन एकाच डिझेल इंजिनच्या 30 वर्षांपेक्षा जास्त काळ पर्यावरण प्रदूषित करते).

इलेक्ट्रिक वाहनांचा मुख्य तोटा म्हणजे बॅटरी चार्ज करण्याची गरज. या संदर्भात, आघाडीचे कार उत्पादक बॅटरीचे आयुष्य कसे वाढवायचे आणि शुल्कांमधील अंतर कसे वाढवायचे यासाठी विविध पर्याय विकसित करत आहेत. यापैकी एक पर्याय म्हणजे सुपरकॅपॅसिटरचा वापर.

नवीन कार उद्योगाचे उदाहरण वापरून या तंत्रज्ञानाचा विचार करा - लॅम्बोर्गिनी सियान. या विकासाचे फायदे आणि तोटे काय आहेत?

इलेक्ट्रिक वाहन बाजारात नवीन

जेव्हा लॅम्बोर्गिनी एक संकरित रोल आउट करण्यास प्रारंभ करते, तेव्हा तुम्ही खात्री बाळगू शकता की ती फक्त टोयोटा प्रियसची अधिक शक्तिशाली आवृत्ती असणार नाही.

सियान, इटालियन विद्युतीकरण कंपनीची पदार्पण, लिथियम-आयन बॅटरीऐवजी सुपरकॅपॅसिटर वापरणारी पहिली उत्पादन हायब्रिड कार (एकूण 63 युनिट्स) आहे.

अनेक भौतिकशास्त्रज्ञ आणि अभियंते असा विश्वास करतात की त्यांच्याकडे लिथियम-आयन बॅटरीऐवजी प्रचंड विद्युत गतिशीलतेची गुरुकिल्ली आहे. सियान याचा वापर वीज साठवण्यासाठी करतात आणि गरज पडेल तेव्हा त्याच्या छोट्या इलेक्ट्रिक मोटरला पुरवतात.

सुपरकॅपेसिटरचे फायदे

बर्‍याच आधुनिक बॅटरीच्या तुलनेत, सुपरकॅपेसिटर जास्त वेगाने चार्ज करतात आणि ऊर्जा सोडतात. याव्यतिरिक्त, ते क्षमता गमावल्याशिवाय लक्षणीय अधिक चार्ज आणि डिस्चार्ज सायकलचा सामना करू शकतात.

सियानच्या बाबतीत, सुपरकॅपेसिटर 25 किलोवॅटची इलेक्ट्रिक मोटर चालवते जी गिअरबॉक्समध्ये एकत्रित केली जाते. हे एकतर 6,5 अश्वशक्ती 12-लिटर V785 अंतर्गत ज्वलन इंजिनला अतिरिक्त चालना देऊ शकते किंवा पार्किंग सारख्या कमी-स्पीड युक्ती दरम्यान स्पोर्ट्स कार स्वतः चालवू शकते.

चार्जिंग खूप वेगवान असल्याने, या हायब्रिडला वॉल आउटलेट किंवा चार्जिंग स्टेशनमध्ये प्लग इन करण्याची आवश्यकता नाही. प्रत्येक वेळी वाहनाचे ब्रेक लावताना सुपरकॅपेसिटर पूर्णपणे चार्ज होतात. बॅटरी हायब्रीड्समध्ये ब्रेकिंग एनर्जी रिकव्हरी देखील असते, परंतु ते धीमे आहे आणि इलेक्ट्रिक मायलेज वाढवण्यात अंशतः मदत करते.

सुपरकॅपॅसिटरमध्ये आणखी एक मोठे ट्रम्प कार्ड आहे: वजन. लॅम्बोर्गिनी सियानमध्ये, संपूर्ण प्रणाली - इलेक्ट्रिक मोटर आणि कॅपेसिटर - वजनात फक्त 34 किलोग्रॅम जोडते. या प्रकरणात, शक्ती वाढ 33,5 अश्वशक्ती आहे. तुलनेसाठी, फक्त रेनॉल्ट झो बॅटरीचे (१३६ अश्वशक्तीसह) वजन सुमारे ४०० किलो आहे.

सुपरकॅपेसिटरचे तोटे

अर्थात, बॅटरीच्या तुलनेत सुपरकॅपेसिटरचेही तोटे आहेत. कालांतराने, ते अधिक वाईट ऊर्जा जमा करतात - जर सियानने एका आठवड्यासाठी सायकल चालवली नाही तर कॅपेसिटरमध्ये कोणतीही ऊर्जा शिल्लक नाही. परंतु या समस्येवर संभाव्य उपाय देखील आहेत. लॅम्बोर्गिनी मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (MIT) सोबत सुपरकॅपॅसिटर, प्रसिद्ध टेरझो मिलेनियो (थर्ड मिलेनियम) संकल्पनेवर आधारित पूर्णपणे इलेक्ट्रिक मॉडेल तयार करण्यासाठी काम करत आहे.

bst

तसे, फोक्सवॅगन समूहाच्या आश्रयाने असलेली लॅम्बोर्गिनी ही या क्षेत्रात प्रयोग करणारी एकमेव कंपनी नाही. टोयोटा आणि होंडाच्या हायड्रोजन इंधन सेल मॉडेल्सप्रमाणे प्यूजिओट हायब्रीड मॉडेल वर्षानुवर्षे सुपरकॅपेसिटर वापरत आहेत. चीनी आणि कोरियन उत्पादक त्यांना इलेक्ट्रिक बस आणि ट्रकमध्ये स्थापित करत आहेत. आणि गेल्या वर्षी, टेस्लाने जगातील सर्वात मोठ्या सुपरकॅपेसिटर निर्मात्यांपैकी एक मॅक्सवेल इलेक्ट्रॉनिक्स विकत घेतले, हे निश्चित चिन्ह आहे की किमान एलोन मस्कचा तंत्रज्ञानाच्या भविष्यावर विश्वास आहे.

सुपरकॅपॅसिटर समजून घेण्यासाठी 7 मुख्य तथ्ये

1 बॅटरी कशा काम करतात

बॅटरी तंत्रज्ञान हे कसे कार्य करते याचा विचार न करता आम्ही बर्याच काळापासून गृहीत धरलेल्या गोष्टींपैकी एक आहे. बर्‍याच लोकांची कल्पना आहे की चार्जिंग करताना, आम्ही फक्त एका ग्लासमध्ये पाण्याप्रमाणे बॅटरीमध्ये वीज "ओततो".

परंतु बॅटरी थेट वीज साठवून ठेवत नाही, परंतु दोन इलेक्ट्रोडमधील रासायनिक अभिक्रिया आणि द्रवपदार्थ (सर्वात सामान्यपणे) त्यांना विभक्त करून, ज्याला इलेक्ट्रोलाइट म्हणतात, तेव्हाच ती निर्माण करते. या अभिक्रियामध्ये त्यातील रसायने इतरांमध्ये रूपांतरित होतात. या प्रक्रियेदरम्यान वीज निर्माण होते. जेव्हा ते पूर्णपणे रूपांतरित होतात, तेव्हा प्रतिक्रिया थांबते - बॅटरी डिस्चार्ज होते.

तथापि, रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरीसह, प्रतिक्रिया उलट दिशेने देखील येऊ शकते - जेव्हा आपण ते चार्ज करता तेव्हा ऊर्जा उलट प्रक्रिया सुरू करते, जी मूळ रसायने पुनर्संचयित करते. हे शेकडो किंवा हजारो वेळा पुनरावृत्ती होऊ शकते, परंतु अपरिहार्यपणे नुकसान होते. कालांतराने, परजीवी पदार्थ इलेक्ट्रोडवर तयार होतात, त्यामुळे बॅटरीचे आयुष्य मर्यादित असते (सामान्यत: 3000 ते 5000 सायकल).

2 कॅपेसिटर कसे कार्य करतात

कंडेन्सरमध्ये कोणतीही रासायनिक प्रतिक्रिया होत नाही. सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्क केवळ स्थिर विजेद्वारे तयार केले जातात. कॅपेसिटरच्या आत डायलेक्ट्रिक नावाच्या इन्सुलेट सामग्रीद्वारे विभक्त केलेल्या दोन प्रवाहकीय धातूच्या प्लेट्स असतात.

चार्जिंग हे लोकरीच्या स्वेटरमध्ये बॉल घासण्यासारखेच आहे जेणेकरून ते स्थिर विजेवर चिकटून राहते. प्लेट्समध्ये सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्क जमा होतात आणि त्यांच्यातील विभाजक, जो त्यांना संपर्कात येऊ देत नाही, खरं तर ऊर्जा साठवण्याचे एक साधन आहे. कॅपेसिटर क्षमता न गमावता दशलक्ष वेळा चार्ज आणि डिस्चार्ज केला जाऊ शकतो.

3 सुपरकॅपेसिटर काय आहेत

पारंपारिक कॅपेसिटर ऊर्जा संचयित करण्यासाठी खूप लहान आहेत - सहसा मायक्रोफॅरॅड्स (लाखो फॅराड्स) मध्ये मोजले जातात. म्हणूनच 1950 च्या दशकात सुपरकॅपॅसिटरचा शोध लागला. त्यांच्या सर्वात मोठ्या औद्योगिक प्रकारांमध्ये, मॅक्सवेल टेक्नॉलॉजीज सारख्या कंपन्यांद्वारे उत्पादित, क्षमता अनेक हजार फॅराड्सपर्यंत पोहोचते, म्हणजेच लिथियम-आयन बॅटरीच्या क्षमतेच्या 10-20%.

4 सुपरकॅपेसिटर कसे कार्य करतात

पारंपारिक कॅपेसिटरच्या विपरीत, डायलेक्ट्रिक नाही. त्याऐवजी, दोन प्लेट्स इलेक्ट्रोलाइटमध्ये बुडवल्या जातात आणि अतिशय पातळ इन्सुलेट थराने विभक्त केल्या जातात. सुपरकॅपॅसिटरची क्षमता प्रत्यक्षात वाढते कारण या प्लेट्सचे क्षेत्रफळ वाढते आणि त्यांच्यातील अंतर कमी होते. पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवण्यासाठी, ते सध्या कार्बन नॅनोट्यूबसारख्या सच्छिद्र पदार्थांनी लेपित आहेत (त्यातील 10 अब्ज एका चौरस सेमीमध्ये बसतात इतके लहान). विभाजक ग्राफीनच्या थराने फक्त एक रेणू जाड असू शकतो.

फरक समजून घेण्यासाठी, विजेचा पाण्यासारखा विचार करणे चांगले. एक साधा कॅपेसिटर हा कागदाच्या टॉवेलसारखा असेल जो मर्यादित प्रमाणात शोषू शकतो. सुपरकॅपॅसिटर हा किचन स्पंज आहे.

5 बॅटरी: साधक आणि बाधक

बॅटरीचा एक महत्त्वपूर्ण फायदा आहे - उच्च उर्जा घनता, ज्यामुळे ते लहान जलाशयात तुलनेने मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा साठवू शकतात.

तथापि, त्यांचे बरेच तोटे देखील आहेत - जास्त वजन, मर्यादित आयुष्य, मंद चार्जिंग आणि तुलनेने मंद ऊर्जा सोडणे. याव्यतिरिक्त, विषारी धातू आणि इतर धोकादायक पदार्थ त्यांच्या उत्पादनासाठी वापरले जातात. बॅटरी फक्त अरुंद तापमान श्रेणीवर कार्यक्षम असतात, त्यामुळे त्यांना अनेकदा थंड किंवा गरम करावे लागते, ज्यामुळे त्यांची उच्च कार्यक्षमता कमी होते.

6 सुपरकॅपेसिटर: साधक आणि बाधक

सुपरकॅपॅसिटर बॅटरीपेक्षा खूपच हलके असतात, त्यांचे आयुष्य अतुलनीय जास्त असते, त्यांना कोणत्याही घातक पदार्थांची आवश्यकता नसते, ते जवळजवळ त्वरित ऊर्जा चार्ज करतात आणि सोडतात. त्यांच्याकडे जवळजवळ कोणताही अंतर्गत प्रतिकार नसल्यामुळे, ते कार्य करण्यासाठी ऊर्जा वापरत नाहीत - त्यांची कार्यक्षमता 97-98% आहे. सुपरकॅपॅसिटर -40 ते +65 अंश सेल्सिअस पर्यंत संपूर्ण श्रेणीमध्ये लक्षणीय विचलनाशिवाय कार्य करतात.

तोटा असा आहे की ते लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी ऊर्जा साठवतात.

7 नवीन सामग्री

अगदी प्रगत आधुनिक सुपरकॅपेसिटर देखील इलेक्ट्रिक वाहनांमधील बॅटरी पूर्णपणे बदलू शकत नाहीत. पण अनेक शास्त्रज्ञ आणि खाजगी कंपन्या त्या सुधारण्यासाठी काम करत आहेत. उदाहरणार्थ, यूकेमध्ये, सुपरडायलेक्ट्रिक्स मूळतः कॉन्टॅक्ट लेन्सच्या उत्पादनासाठी विकसित केलेल्या सामग्रीसह काम करत आहे.

स्केलेटन टेक्नॉलॉजीज कार्बनचे अलोट्रॉपिक स्वरूप असलेल्या ग्राफीनवर काम करत आहे. एक थर एक अणू जाडी उच्च-शक्तीच्या स्टीलपेक्षा 100 पट मजबूत आहे आणि त्यातील फक्त 1 ग्रॅम 2000 चौरस मीटर व्यापू शकतो. कंपनीने पारंपारिक डिझेल व्हॅनमध्ये ग्राफीन सुपरकॅपॅसिटर स्थापित केले आणि 32% इंधन बचत साध्य केली.

सुपरकॅपेसिटर अद्याप बॅटरी पूर्णपणे बदलू शकत नाहीत हे असूनही, आज या तंत्रज्ञानाच्या विकासामध्ये एक सकारात्मक कल आहे.

प्रश्न आणि उत्तरे:

सुपरकॅपेसिटर कसे कार्य करते? हे उच्च कॅपेसिटन्स कॅपेसिटर प्रमाणेच कार्य करते. त्यामध्ये, इलेक्ट्रोलाइटच्या ध्रुवीकरणादरम्यान स्थिर झाल्यामुळे वीज जमा होते. हे इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण असले तरी त्यात कोणतीही रासायनिक प्रतिक्रिया होत नाही.

सुपरकॅपेसिटर कशासाठी आहे? सुपरकॅपॅसिटरचा वापर उर्जा साठवणुकीसाठी, मोटर्स सुरू करण्यासाठी, संकरित वाहनांमध्ये, अल्प-मुदतीच्या प्रवाहाचे स्त्रोत म्हणून केला जातो.

सुपरकॅपेसिटर वेगवेगळ्या प्रकारच्या बॅटरीपेक्षा वेगळे कसे आहे? रासायनिक अभिक्रियेद्वारे बॅटरी स्वतःच वीज निर्माण करण्यास सक्षम आहे. सुपरकॅपेसिटर फक्त सोडलेली ऊर्जा साठवतो.

Ionistor कुठे वापरले जाते? फ्लॅशलाइट्समध्ये (पूर्णपणे डिस्चार्ज) आणि मोठ्या प्रमाणात डिस्चार्ज / चार्ज सायकल आवश्यक असलेल्या कोणत्याही सिस्टममध्ये कमी-क्षमतेचे कॅपेसिटर वापरले जातात.