Mogu li superkondenzatori zamijeniti baterije u električnim vozilima?

Električni automobili i hibridi čvrsto su ukorijenjeni u svijesti modernog automobilista kao nova runda u evoluciji vozila. U poređenju sa modelima opremljenim ICE-om, ova vozila imaju svoje prednosti i nedostatke.

Prednosti uvijek uključuju tih rad, kao i odsustvo zagađenja tokom vožnje (iako danas izrada jedne baterije za električno vozilo zagađuje okoliš više od 30 godina rada s jednim dizel motorom).

Glavni nedostatak električnih vozila je potreba za punjenjem baterije. S tim u vezi, vodeći proizvođači automobila razvijaju razne opcije kako povećati vijek trajanja baterije i povećati interval između punjenja. Jedna od ovih opcija je upotreba superkondenzatora.

Razmotrite ovu tehnologiju na primjeru nove automobilske industrije - Lamborghini Sian. Koje su prednosti i nedostaci ovog razvoja?

Novo na tržištu električnih vozila

Kad Lamborghini počne izvoditi hibrid, možete biti sigurni da to neće biti samo snažnija verzija Toyote Prius.

Sian, debi talijanske kompanije za elektrifikaciju, prvi je hibridni automobil (nevjerovatnih 63 jedinice) koji koristi superkondenzatore umjesto litijum-jonskih baterija.

Mnogi fizičari i inženjeri vjeruju da imaju ključ masovne električne mobilnosti, a ne litijum-jonske baterije. Sian ih koristi za skladištenje električne energije i, ako je potrebno, napaja je svojim malim električnim motorom.

Prednosti superkondenzatora

Superkondenzatori se pune i oslobađaju energiju mnogo brže od većine modernih baterija. Pored toga, oni mogu izdržati znatno više ciklusa punjenja i pražnjenja bez gubitka kapaciteta.

U slučaju Siana, superkondenzator pokreće električni motor snage 25 kilovata koji je ugrađen u mjenjač. Može pružiti dodatno pojačanje 6,5-litarskom V12 motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem od 785 konjskih snaga ili samostalno voziti sportski automobil za vrijeme manevara pri malim brzinama, poput parkiranja.

Budući da je punjenje vrlo brzo, ovaj hibrid ne treba priključiti u zidnu utičnicu ili stanicu za punjenje. Superkondenzatori se potpuno napune svaki put kad vozilo zakoči. Hibridni akumulatori također imaju povrat energije kočenja, ali je spor i samo djelomično pomaže u proširenju električnog dometa.

Superkondenzator ima još jedan veoma veliki adut: težinu. U Lamborghini Sianu, cijeli sistem – električni motor plus kondenzator – dodaje samo 34 kilograma težini. U ovom slučaju, povećanje snage je 33,5 konjskih snaga. Poređenja radi, samo baterija Renault Zoe (sa 136 konjskih snaga) teži oko 400 kg.

Mane superkondenzatora

Naravno, superkondenzatori imaju i nedostatke u odnosu na baterije. Vremenom akumuliraju energiju mnogo gore - ako Sian nije vozio nedelju dana, u kondenzatoru nema energije. Ali postoje i moguća rješenja za ovaj problem. Lamborghini radi sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) na stvaranju čisto električnog modela baziranog na superkondenzatorima, poznatom konceptu Terzo Millenio (Treći milenijum).

bst

Inače, Lamborghini, koji je pod okriljem Volkswagen grupe, nije jedina kompanija koja eksperimentiše u ovoj oblasti. Peugeot hibridni modeli već godinama koriste superkondenzatore, kao i Toyotini i Hondini modeli sa vodoničnim gorivnim ćelijama. Kineski i korejski proizvođači ih ugrađuju u električne autobuse i kamione. Prošle godine Tesla je kupio Maxwell Electronics, jednog od najvećih svjetskih proizvođača superkondenzatora, što je siguran znak da barem Elon Musk vjeruje u budućnost tehnologije.

7 ključnih činjenica za razumijevanje superkondenzatora

1 Kako rade baterije

Tehnologija baterija je jedna od stvari koje smo dugo uzimali zdravo za gotovo bez razmišljanja o tome kako funkcionira. Većina ljudi zamišlja da prilikom punjenja jednostavno "sipamo" struju u bateriju, kao vodu u čašu.

Ali baterija ne skladišti električnu energiju direktno, već je generira samo kada je potrebna kemijskom reakcijom između dvije elektrode i tekućine (najčešće) koja ih razdvaja, koja se naziva elektrolit. U ovoj reakciji, hemikalije u njemu se pretvaraju u druge. Tokom ovog procesa nastaje električna energija. Kada se potpuno pretvore, reakcija se zaustavlja - baterija se prazni.

Međutim, kod punjivih baterija reakcija se može dogoditi i u suprotnom smjeru – kada je punite, energija pokreće obrnuti proces, koji obnavlja originalne kemikalije. Ovo se može ponoviti stotine ili hiljade puta, ali neizbježno dolazi do gubitaka. Vremenom se parazitske supstance nakupljaju na elektrodama, tako da je vijek trajanja baterije ograničen (obično 3000 do 5000 ciklusa).

2 Kako rade kondenzatori

U kondenzatoru se ne odvijaju hemijske reakcije. Pozitivne i negativne naboje generira isključivo statički elektricitet. Unutar kondenzatora nalaze se dvije provodne metalne ploče odvojene izolacijskim materijalom koji se naziva dielektrikom.

Punjenje je vrlo slično trljanju kuglice u vuneni džemper tako da se lijepi statičkim elektricitetom. Pozitivni i negativni naboji nakupljaju se u pločama, a separator između njih, koji im onemogućava kontakt, zapravo je sredstvo za skladištenje energije. Kondenzator se može napuniti i isprazniti čak milion puta bez gubitka kapaciteta.

3 Šta su superkondenzatori

Konvencionalni kondenzatori su premali za skladištenje energije - obično se mjere u mikrofaradima (milioni farada). Zbog toga su 1950-ih izumljeni superkondenzatori. U njihovim najvećim industrijskim varijantama, koje proizvode kompanije poput Maxwell Technologies, kapacitet dostiže nekoliko hiljada farada, odnosno 10-20% kapaciteta litijum-jonske baterije.

4 Kako rade superkondenzatori

Za razliku od konvencionalnih kondenzatora, nema dielektrika. Umjesto toga, dvije ploče su uronjene u elektrolit i odvojene vrlo tankim izolacijskim slojem. Kapacitet superkondenzatora se zapravo povećava kako se površina ovih ploča povećava, a udaljenost između njih smanjuje. Kako bi povećali površinu, trenutno su obloženi poroznim materijalima kao što su ugljične nanocijevi (tako male da ih 10 milijardi stane u jedan kvadratni cm). Separator može biti debeo samo jednu molekulu sa slojem grafena.

Da biste razumjeli razliku, najbolje je električnu energiju smatrati vodom. Jednostavni kondenzator tada bi bio poput papirnatog ručnika koji može apsorbirati ograničenu količinu. Superkondenzator je kuhinjska spužva u primjeru.

5 baterija: za i protiv

Baterije imaju jednu značajnu prednost - veliku gustoću energije, što im omogućava da pohranjuju relativno velike količine energije u malom rezervoaru.

Međutim, oni imaju i mnoge nedostatke - veliku težinu, ograničen vijek trajanja, sporo punjenje i relativno sporo oslobađanje energije. Osim toga, za njihovu proizvodnju koriste se otrovni metali i druge opasne tvari. Baterije su efikasne samo u uskom temperaturnom rasponu, tako da ih često treba hladiti ili grijati, smanjujući njihovu visoku efikasnost.

6 superkondenzatora: za i protiv

Superkondenzatori su mnogo lakši od baterija, život im je neuporedivo duži, ne zahtijevaju nikakve opasne tvari, pune se i oslobađaju energiju gotovo trenutno. Pošto nemaju skoro nikakav unutrašnji otpor, ne troše energiju da bi funkcionisali - njihova efikasnost je 97-98%. Superkondenzatori rade bez značajnijih odstupanja u čitavom rasponu od -40 do +65 stepeni Celzijusa.

Nedostatak je što oni spremaju znatno manje energije od litijum-jonskih baterija.

7 Novi sadržaj

Čak i najnapredniji moderni superkondenzatori ne mogu u potpunosti zamijeniti baterije u električnim vozilima. Ali mnogi naučnici i privatne kompanije rade na njihovom poboljšanju. Na primjer, u Velikoj Britaniji Superdielectrics radi s materijalom izvorno razvijenim za proizvodnju kontaktnih sočiva.

Skeleton Technologies radi s grafenom, alotropnim oblikom ugljika. Jedan sloj debljine jednog atoma je 100 puta jači od čelika visoke čvrstoće, a samo 1 gram može pokriti 2000 kvadratnih metara. Kompanija je ugradila grafenske superkondenzatore u konvencionalne dizel kombije i postigla uštedu goriva od 32%.

Uprkos činjenici da superkondenzatori ne mogu u potpunosti zamijeniti baterije, danas postoji pozitivan trend u razvoju ove tehnologije.

Pitanja i odgovori:

Kako radi superkondenzator? Radi na isti način kao kondenzator velikog kapaciteta. U njemu se električna energija akumulira zbog statike tokom polarizacije elektrolita. Iako se radi o elektrohemijskom uređaju, hemijska reakcija se ne odvija.

Čemu služi superkondenzator? Superkondenzatori se koriste za skladištenje energije, pokretanja motora, u hibridnim vozilima, kao izvori kratkotrajne struje.

Po čemu se superkondenzator razlikuje od različitih tipova baterija? Baterija može sama proizvesti električnu energiju putem kemijske reakcije. Superkondenzator samo akumulira oslobođenu energiju.

Gdje se koristi superkondenzator? Kondenzatori malog kapaciteta se koriste u blic jedinicama (potpuno ispražnjenim) iu bilo kojem sistemu koji zahtijeva veliki broj ciklusa pražnjenja/punjenja.