Supercapacitoarele pot înlocui bateriile din vehiculele electrice?

Mașinile electrice și hibrizii sunt ferm înrădăcinate în mintea automobilistului modern ca o nouă rundă în evoluția vehiculelor. În comparație cu modelele echipate cu ICE, aceste vehicule au propriile avantaje și dezavantaje.

Avantajele includ întotdeauna o funcționare liniștită, precum și absența poluării în timpul rulării (deși astăzi producerea unei baterii pentru un vehicul electric poluează mediul mai mult de 30 de ani de funcționare a unui singur motor diesel).

Principalul dezavantaj al vehiculelor electrice este nevoia de a încărca bateria. În legătură cu aceasta, producătorii de mașini de top dezvoltă diferite opțiuni pentru a crește durata de viață a bateriei și a crește intervalul dintre încărcări. Una dintre aceste opțiuni este utilizarea supercapacitoarelor.

Luați în considerare această tehnologie folosind exemplul unei noi industrii auto - Lamborghini Sian. Care sunt avantajele și dezavantajele acestei dezvoltări?

Nou pe piața vehiculelor electrice

Când Lamborghini începe să lanseze un hibrid, puteți fi siguri că nu va fi doar o versiune mai puternică a Toyota Prius.

Sian, debutul companiei italiene de electrificare, este prima mașină hibridă de producție (o sumă de 63 de unități) care folosește supercapacitoare în locul bateriilor cu litiu.

Mulți fizicieni și ingineri cred că acestea sunt cheile mobilității electrice în masă, nu bateriile cu ioni de litiu. Sian le folosește pentru a stoca electricitate și, atunci când este nevoie, pentru a le alimenta micului său motor electric.

Avantajele supercondensatoarelor

Supercapacitorii încarcă și eliberează energie mult mai rapid decât majoritatea bateriilor moderne. În plus, pot suporta cicluri de încărcare și descărcare semnificativ mai mari, fără a pierde capacitatea.

În cazul lui Sian, supercapacitorul conduce un motor electric de 25 de kilowati care este încorporat în cutia de viteze. Poate oferi un impuls suplimentar la motorul cu ardere internă de 6,5 litri V12 de 785 cai putere, XNUMX litri, sau poate conduce mașina sport pe cont propriu în timpul manevrelor cu viteză mică, precum parcare.

Întrucât încărcarea este foarte rapidă, acest hibrid nu trebuie conectat la o priză sau la o stație de încărcare. Supercapacitoarele sunt complet încărcate de fiecare dată când frâna vehiculului. Hibrizii de baterii au, de asemenea, recuperare de energie de frânare, dar este lent și ajută doar parțial la extinderea gamei electrice.

Supercondensatorul are un alt atu foarte mare: greutatea. La Lamborghini Sian, întregul sistem – motorul electric plus condensatorul – adaugă doar 34 de kilograme la greutate. În acest caz, creșterea puterii este de 33,5 cai putere. Spre comparație, doar bateria Renault Zoe (cu 136 de cai putere) cântărește în jur de 400 kg.

Dezavantajele supercapacitoarelor

Desigur, supercondensatorii au și dezavantaje în comparație cu bateriile. În timp, acumulează energie mult mai rău - dacă Sian nu a călărit timp de o săptămână, nu mai rămâne energie în condensator. Dar există și soluții posibile la această problemă. Lamborghini lucrează cu Massachusetts Institute of Technology (MIT) pentru a crea un model pur electric bazat pe supercondensatori, celebrul concept Terzo Millenio (Third Millennium).

BST

Apropo, Lamborghini, care se află sub auspiciile Grupului Volkswagen, nu este singura companie care experimentează în acest domeniu. Modelele hibride Peugeot folosesc supercondensatori de ani de zile, la fel ca modelele Toyota și Honda cu pile de combustie cu hidrogen. Producătorii chinezi și coreeni le instalează în autobuze și camioane electrice. Și anul trecut, Tesla a cumpărat Maxwell Electronics, unul dintre cei mai mari producători de supercondensatori din lume, un semn sigur că cel puțin Elon Musk crede în viitorul tehnologiei.

7 fapte cheie pentru înțelegerea supercapacitoarelor

1 Cum funcționează bateriile

Tehnologia bateriei este unul dintre lucrurile pe care le-am luat de mult de la sine înțeles fără să ne gândim la modul în care funcționează. Majoritatea oamenilor își imaginează că atunci când se încarcă, pur și simplu „turnăm” electricitate în baterie, ca apa într-un pahar.

Dar o baterie nu stochează electricitate direct, ci o generează doar atunci când este nevoie de o reacție chimică între doi electrozi și un fluid (cel mai frecvent) care îi separă, numit electrolit. În această reacție, substanțele chimice din ea sunt transformate în altele. În timpul acestui proces, se generează energie electrică. Când sunt complet transformate, reacția se oprește - bateria este descărcată.

Cu toate acestea, cu bateriile reîncărcabile, reacția poate avea loc și în direcția opusă - atunci când o încărcați, energia începe procesul invers, care restabilește substanțele chimice originale. Acest lucru poate fi repetat de sute sau mii de ori, dar inevitabil există pierderi. În timp, substanțele parazite se acumulează pe electrozi, astfel încât durata de viață a bateriei este limitată (de obicei, 3000 până la 5000 de cicluri).

2 Cum funcționează condensatorii

În condensator nu au loc reacții chimice. Încărcările pozitive și negative sunt generate exclusiv de electricitatea statică. În interiorul condensatorului se află două plăci metalice conductoare, separate printr-un material izolant numit dielectric.

Încărcarea este foarte asemănătoare cu frecarea unei mingi într-un pulover de lână, astfel încât să rămână cu electricitate statică. În plăci se acumulează sarcini pozitive și negative, iar separatorul dintre ele, care le împiedică să intre în contact, este de fapt un mijloc de stocare a energiei. Condensatorul poate fi încărcat și descărcat chiar și de un milion de ori fără pierderea capacității.

3 Ce ​​sunt supercapacitoarele

Condensatorii convenționali sunt prea mici pentru a stoca energie - de obicei măsurați în microfaradi (milioane de faradi). Acesta este motivul pentru care supercondensatorii au fost inventați în anii 1950. În cele mai mari variante industriale ale acestora, fabricate de companii precum Maxwell Technologies, capacitatea ajunge la câteva mii de farazi, adică 10-20% din capacitatea unei baterii litiu-ion.

4 Cum funcționează supercapacitorii

Spre deosebire de condensatoarele convenționale, nu există dielectric. În schimb, cele două plăci sunt scufundate într-un electrolit și separate printr-un strat izolator foarte subțire. Capacitatea unui supercondensator crește de fapt pe măsură ce aria acestor plăci crește și distanța dintre ele scade. Pentru a crește suprafața, acestea sunt în prezent acoperite cu materiale poroase, cum ar fi nanotuburi de carbon (atât de mici încât 10 miliarde dintre ele încap într-un cm pătrat). Separatorul poate avea o grosime de doar o moleculă cu un strat de grafen.

Pentru a înțelege diferența, cel mai bine este să gândești electricitatea ca apă. Un condensator simplu ar fi ca un prosop de hârtie care poate absorbi o cantitate limitată. Supercapacitorul este buretele de bucătărie din exemplu.

5 Baterii: pro și contra

Bateriile au un avantaj semnificativ - densitatea mare de energie, care le permite să stocheze cantități relativ mari de energie într-un rezervor mic.

Cu toate acestea, au și multe dezavantaje - greutate mare, viață limitată, încărcare lentă și eliberare relativ lentă de energie. În plus, pentru producerea lor se folosesc metale toxice și alte substanțe periculoase. Bateriile sunt eficiente doar într-un interval restrâns de temperatură, așa că deseori trebuie să fie răcite sau încălzite, reducându-le eficiența ridicată.

6 supercapacitoare: pro și contra

Supercondensatoarele sunt mult mai ușoare decât bateriile, viața lor este incomparabil mai lungă, nu necesită substanțe periculoase, se încarcă și eliberează energie aproape instantaneu. Deoarece nu au aproape nicio rezistență internă, nu consumă energie pentru a funcționa - eficiența lor este de 97-98%. Supercondensatorii funcționează fără abateri semnificative în întregul interval de la -40 la +65 grade Celsius.

Dezavantajul este că acestea stochează semnificativ mai puțină energie decât bateriile cu ioni de litiu.

7 Conținut nou

Chiar și cei mai avansați supercondensatori moderni nu pot înlocui complet bateriile din vehiculele electrice. Dar mulți oameni de știință și companii private lucrează pentru îmbunătățirea lor. De exemplu, în Marea Britanie, Superdielectrics lucrează cu un material dezvoltat inițial pentru producerea lentilelor de contact.

Skeleton Technologies lucrează cu grafen, o formă alotropică de carbon. Un strat gros de un atom este de 100 de ori mai rezistent decât oțelul de înaltă rezistență și doar 1 gram din acesta poate acoperi 2000 de metri pătrați. Compania a instalat supercondensatori cu grafen în camionete diesel convenționale și a realizat economii de combustibil de 32%.

În ciuda faptului că supercondensatoarele încă nu pot înlocui complet bateria, astăzi există o tendință pozitivă în dezvoltarea acestei tehnologii.

Întrebări și răspunsuri:

Cum funcționează un supercondensator? Funcționează în același mod ca un condensator de mare capacitate. În ea, electricitatea se acumulează din cauza staticei în timpul polarizării electrolitului. Deși este un dispozitiv electrochimic, nu are loc nicio reacție chimică.

Pentru ce este un supercondensator? Supercondensatorii sunt folosiți pentru stocarea energiei, pornirea motoarelor, în vehiculele hibride, ca surse de curent de scurtă durată.

Cum este un supercondensator diferit de diferitele tipuri de baterii? Bateria este capabilă să genereze electricitate singură printr-o reacție chimică. Supercondensatorul acumulează doar energia eliberată.

Unde este folosit supercondensatorul? Condensatorii de capacitate redusă sunt utilizați în unitățile flash (complet descărcate) și în orice sistem care necesită un număr mare de cicluri de descărcare/încărcare.