Kan superkondensators batterye in elektriese voertuie vervang?

Elektriese motors en basters is sterk gewortel in die gemoed van die moderne motoris as 'n nuwe ronde in die evolusie van voertuie. In vergelyking met ICE-toegeruste modelle, het hierdie voertuie hul eie voor- en nadele.

Die voordele behels altyd stil werking, sowel as die afwesigheid van besoedeling tydens bestuur (hoewel die produksie van een battery vir 'n elektriese motor die omgewing meer as 30 jaar se werking van 'n enkele dieselenjin besoedel).

Die grootste nadeel van elektriese voertuie is die behoefte om die battery te laai. In aansluiting hierby ontwikkel toonaangewende motorvervaardigers verskillende opsies om die batterylewe te verhoog en die interval tussen die laai te verhoog. Een so 'n opsie is die gebruik van superkondensators.

Oorweeg hierdie tegnologie met behulp van die voorbeeld van 'n nuwe motorbedryf - Lamborghini Sian. Wat is die voor- en nadele van hierdie ontwikkeling?

Nuut in die mark vir elektriese voertuie

As Lamborghini 'n baster begin uitrol, kan u verseker wees dat dit nie net 'n kragtiger weergawe van die Toyota Prius sal wees nie.

Sian, die debuut van die Italiaanse elektrifiseringsonderneming, is die eerste produksie-hibriedmotor (maar liefst 63 eenhede) wat superkondensators gebruik in plaas van litium-ioonbatterye.

Baie natuurkundiges en ingenieurs glo dat dit die sleutel tot die elektriese mobiliteit in hulle is, eerder as in litium-ionbatterye. Sian gebruik dit om elektrisiteit op te slaan en, indien nodig, aan sy klein elektriese motor te voer.

Voordele van superkondensators

In vergelyking met die meeste moderne batterye laai superkondensators baie vinniger energie op. Daarbenewens kan hulle aansienlik meer laai- en ontlaadsiklusse weerstaan ​​sonder om hul kapasiteit te verloor.

In die geval van Sian dryf die superkondensator 'n 25 kilowatt elektriese motor wat in die ratkas ingebou is. Dit kan óf die 6,5 perdekrag-V12-binnebrandenjin van 785 perdekrag bied, óf die sportmotor alleen bestuur tydens lae spoed-maneuvers soos parkeerplek.

Aangesien die laai baie vinnig is, hoef hierdie baster nie in 'n stopcontact of oplaaistasie geprop te word nie. Superkondensators is vol gelaai elke keer as die voertuig rem. Batterybasters het ook remenergieherwinning, maar dit is stadig en help net gedeeltelik om die elektriese kilometers te verleng.

Die superkapasitor het nog 'n baie groot troefkaart: gewig. In die Lamborghini Sian voeg die hele stelsel – die elektriese motor plus die kapasitor – net 34 kilogram by die gewig. In hierdie geval is die toename in krag 33,5 perdekrag. Ter vergelyking weeg die Renault Zoe-battery alleen (met 136 perdekrag) sowat 400 kg.

Nadele van superkondensators

Superkapasitors het natuurlik ook nadele in vergelyking met batterye. Met verloop van tyd versamel hulle energie baie erger - as Sian vir 'n week nie gery het nie, is daar geen energie meer in die kapasitor nie. Maar daar is ook moontlike oplossings vir hierdie probleem. Lamborghini werk saam met die Massachusetts Institute of Technology (MIT) om 'n suiwer elektriese model te skep wat gebaseer is op superkapasitors, die bekende Terzo Millenio (Derde Millennium) konsep.

BST

Terloops, Lamborghini, wat onder die beskerming van die Volkswagen-groep is, is nie die enigste maatskappy wat op hierdie gebied eksperimenteer nie. Peugeot-hibriedmodelle gebruik al jare lank superkapasitors, so ook Toyota en Honda se waterstofbrandstofselmodelle. Chinese en Koreaanse vervaardigers installeer dit in elektriese busse en vragmotors. En verlede jaar het Tesla Maxwell Electronics, een van die wêreld se grootste superkapasitorvervaardigers, gekoop, 'n seker teken dat ten minste Elon Musk in die tegnologie se toekoms glo.

7 belangrikste feite om superkapasitore te verstaan

1 Hoe batterye werk

Batterytegnologie is een van die dinge wat ons lank as vanselfsprekend aanvaar het sonder om na te dink oor hoe dit werk. Die meeste mense verbeel hulle dat wanneer ons laai, ons bloot elektrisiteit in die battery "gooi", soos water in 'n glas.

Maar 'n battery stoor nie elektrisiteit direk nie, maar genereer dit net wanneer dit nodig is deur 'n chemiese reaksie tussen twee elektrodes en 'n vloeistof (mees algemeen) wat hulle skei, 'n elektroliet genoem. In hierdie reaksie word die chemikalieë daarin omgeskakel na ander. Tydens hierdie proses word elektrisiteit opgewek. Wanneer hulle heeltemal omgeskakel is, stop die reaksie - die battery is ontlaai.

Met herlaaibare batterye kan die reaksie egter ook in die teenoorgestelde rigting plaasvind – wanneer jy dit laai, begin die energie die omgekeerde proses, wat die oorspronklike chemikalieë herstel. Dit kan honderde of duisende kere herhaal word, maar daar is onvermydelik verliese. Met verloop van tyd bou parasitiese stowwe op die elektrodes op, dus is batterylewe beperk (gewoonlik 3000 5000 tot XNUMX XNUMX siklusse).

2 Hoe kondensators werk

Geen chemiese reaksies vind in die kondensor plaas nie. Positiewe en negatiewe ladings word uitsluitlik deur statiese elektrisiteit opgewek. Binne die kondensator is twee geleidende metaalplate geskei deur 'n isolerende materiaal wat 'n diëlektrikum genoem word.

Laai is baie soos om 'n bal in 'n woltrui te vryf sodat dit met statiese elektrisiteit vassit. Positiewe en negatiewe ladings versamel in die plate, en die skeier tussen hulle, wat voorkom dat hulle in aanraking kom, is eintlik 'n manier om energie te stoor. Die kondensator kan selfs 'n miljoen keer gelaai en ontlaai word sonder dat die kapasiteit verlore gaan.

3 Wat is superkondensators

Konvensionele kapasitors is te klein om energie te stoor – gewoonlik gemeet in mikrofarads (miljoene farads). Dit is hoekom superkapasitors in die 1950's uitgevind is. In hul grootste industriële variante, vervaardig deur maatskappye soos Maxwell Technologies, bereik die kapasiteit etlike duisend farads, dit wil sê 10-20% van die kapasiteit van 'n litiumioonbattery.

4 Hoe superkondensators werk

Anders as konvensionele kapasitors, is daar geen diëlektrikum nie. In plaas daarvan word die twee plate in 'n elektroliet gedompel en deur 'n baie dun isolerende laag geskei. Die kapasitansie van 'n superkapasitor neem eintlik toe namate die oppervlakte van hierdie plate toeneem en die afstand tussen hulle afneem. Om die oppervlakte te vergroot, word hulle tans bedek met poreuse materiale soos koolstofnanobuise (so klein dat 10 biljoen daarvan in een vierkante cm pas). Die skeier kan slegs een molekule dik wees met 'n laag grafeen.

Om die verskil te verstaan, is dit die beste om elektrisiteit as water te beskou. 'N Eenvoudige kondensator sou dan wees soos 'n papierhanddoek wat 'n beperkte hoeveelheid kan absorbeer. Die superkondensator is die kombuisspons in die voorbeeld.

5 batterye: voor- en nadele

Batterye het een beduidende voordeel - hoë energiedigtheid, wat hulle in staat stel om relatief groot hoeveelhede energie in 'n klein reservoir te stoor.

Hulle het egter ook baie nadele – swaar gewig, beperkte lewensduur, stadige laai en relatief stadige energievrystelling. Daarbenewens word giftige metale en ander gevaarlike stowwe vir die vervaardiging daarvan gebruik. Batterye is slegs doeltreffend oor 'n nou temperatuurreeks, dus moet hulle dikwels afgekoel of verhit word, wat hul hoë doeltreffendheid verminder.

6 Superkapasitors: voor- en nadele

Superkapasitors is baie ligter as batterye, hul lewe is onvergelykbaar langer, hulle benodig geen gevaarlike stowwe nie, hulle laai en stel energie byna onmiddellik vry. Aangesien hulle byna geen interne weerstand het nie, verbruik hulle nie energie om te funksioneer nie - hul doeltreffendheid is 97-98%. Superkapasitors werk sonder noemenswaardige afwykings in die hele reeks van -40 tot +65 grade Celsius.

Die nadeel is dat hulle aansienlik minder energie stoor as lithium-ion batterye.

7 Nuwe inhoud

Selfs die mees gevorderde moderne superkondensators kan nie batterye in elektriese voertuie heeltemal vervang nie. Maar baie wetenskaplikes en private ondernemings is besig om dit te verbeter. In die Verenigde Koninkryk werk Superdielectrics byvoorbeeld met 'n materiaal wat oorspronklik ontwikkel is vir die vervaardiging van kontaklense.

Skeleton Technologies werk met grafeen, 'n allotropiese vorm van koolstof. Een laag van een atoom dik is 100 keer sterker as hoësterkte staal, en net 1 gram daarvan kan 2000 32 vierkante meter bedek. Die maatskappy het grafeen-superkapasitors in konvensionele dieselwaens geïnstalleer en XNUMX% brandstofbesparing behaal.

Ondanks die feit dat superkondensators die battery nog nie heeltemal kan vervang nie, is daar 'n positiewe tendens in die ontwikkeling van hierdie tegnologie.

Vrae en antwoorde:

Hoe werk 'n superkapasitor? Dit werk op dieselfde manier as 'n hoë kapasitansie kapasitor. Daarin versamel elektrisiteit as gevolg van statiese tydens die polarisasie van die elektroliet. Alhoewel dit 'n elektrochemiese toestel is, vind geen chemiese reaksie daarin plaas nie.

Waarvoor is 'n superkapasitor? Superkapasitors word gebruik om energie te stoor, motors aan te skakel, in hibriede voertuie, as bronne van korttermynstroom.

Hoe verskil 'n superkapasitor van verskillende tipes batterye? Die battery is in staat om self elektrisiteit op te wek deur middel van 'n chemiese reaksie. Die superkapasitor stoor slegs die vrygestelde energie.

Waar word die Ionistor gebruik? Lae-kapasiteit kapasitors word gebruik in flitse (ontslaan heeltemal) en in enige stelsel wat 'n groot aantal ontlading / laai siklusse vereis.