Maaari bang palitan ng mga supercapacitor ang mga baterya sa mga de-koryenteng sasakyan?

Ang mga de-kuryenteng kotse at hybrid ay matatag na naka-ugat sa isip ng modernong motorista bilang isang bagong pag-ikot ng ebolusyon ng mga sasakyan. Kung ihahambing sa mga modelo na may kagamitan sa ICE, ang mga sasakyang ito ay may sariling mga pakinabang at kawalan.

Ang mga bentahe ay palaging kasama ang tahimik na operasyon, pati na rin ang kawalan ng polusyon sa panahon ng pagsakay (bagaman ngayon ang paggawa ng isang baterya para sa isang de-koryenteng sasakyang nagpapalabas sa kapaligiran ng higit sa 30 taon na pagpapatakbo ng isang solong diesel engine).

Ang pangunahing kawalan ng mga sasakyang de-kuryente ay ang pangangailangan na singilin ang baterya. Kaugnay nito, ang mga nangungunang tagagawa ng kotse ay bumubuo ng iba't ibang mga pagpipilian para sa kung paano dagdagan ang buhay ng baterya at dagdagan ang agwat sa pagitan ng mga singil. Ang isa sa mga pagpipiliang ito ay ang paggamit ng supercapacitors.

Isaalang-alang ang teknolohiyang ito gamit ang halimbawa ng isang bagong industriya ng kotse - Lamborghini Sian. Ano ang mga pakinabang at kawalan ng kaunlaran na ito?

Bago sa merkado ng de-kuryenteng sasakyan

Kapag sinimulan ng Lamborghini ang paglabas ng isang hybrid, makakasiguro ka na hindi lamang ito magiging isang mas malakas na bersyon ng Toyota Prius.

Ang Sian, ang pasinaya ng kumpanya ng electrification ng Italyano, ay ang unang produksyong hybrid na kotse (isang napakalaki 63) na gumagamit ng supercapacitors sa halip na mga baterya ng lithium-ion.

Maraming mga physicist at inhinyero ang naniniwala na hinahawakan nila ang susi sa napakalaking elektrikal na kadaliang kumilos, kaysa sa mga baterya ng lithium-ion. Ginagamit ito ni Sian upang mag-imbak ng kuryente at, kung kinakailangan, ipakain ito sa kanyang maliit na de-kuryenteng motor.

Ang mga kalamangan ng supercapacitors

Ang mga supercapacitor ay naniningil at naglalabas ng enerhiya na mas mabilis kaysa sa karamihan sa mga modernong baterya. Bilang karagdagan, makatiis sila ng mas makabuluhang mas maraming mga pag-charge at paglabas ng mga cycle nang hindi nawawala ang kapasidad.

Sa kaso ng Sian, ang supercapacitor ay nagdadala ng isang 25 kilowatt electric motor na itinayo sa gearbox. Maaari itong magbigay ng karagdagang tulong sa 6,5 horsepower 12-litro na V785 panloob na engine ng pagkasunog o magmaneho ng sports car nang mag-isa habang nagmamaneho ng mababang bilis tulad ng paradahan.

Dahil ang pagsingil ay napakabilis, ang hybrid na ito ay hindi kailangang mai-plug sa isang outlet ng dingding o istasyon ng singilin. Ang mga supercapacitor ay buong singil sa tuwing magpreno ang sasakyan. Ang mga hybrid ng baterya ay mayroon ding pagbawi ng enerhiya ng pagpepreno, ngunit mabagal ito at bahagyang tumutulong lamang upang mapalawak ang saklaw ng elektrisidad.

Ang supercapacitor ay may isa pang napakalaking tramp card: timbang. Sa Lamborghini Sian, ang buong sistema - ang de-koryenteng motor kasama ang kapasitor - ay nagdaragdag lamang ng 34 kilo sa timbang. Sa kasong ito, ang pagtaas ng kapangyarihan ay 33,5 lakas-kabayo. Para sa paghahambing, ang Renault Zoe na baterya lamang (na may 136 lakas-kabayo) ay tumitimbang ng humigit-kumulang 400kg.

Mga disadvantages ng supercapacitors

Siyempre, ang mga supercapacitor ay mayroon ding mga disadvantages kumpara sa mga baterya. Sa paglipas ng panahon, nakakaipon sila ng enerhiya na mas masahol pa - kung si Sian ay hindi nakasakay sa loob ng isang linggo, walang natitirang enerhiya sa kapasitor. Ngunit mayroon ding mga posibleng solusyon sa problemang ito. Nakikipagtulungan ang Lamborghini sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) upang lumikha ng purong electric model batay sa mga supercapacitor, ang sikat na Terzo Millenio (Third Millennium) na konsepto.

bst

Sa pamamagitan ng paraan, ang Lamborghini, na nasa ilalim ng tangkilik ng Volkswagen Group, ay hindi lamang ang kumpanyang nag-eeksperimento sa lugar na ito. Ang mga modelong hybrid ng Peugeot ay gumagamit ng mga supercapacitor sa loob ng maraming taon, gayundin ang mga modelo ng hydrogen fuel cell ng Toyota at Honda. Inilalagay sila ng mga tagagawa ng Chinese at Korean sa mga de-kuryenteng bus at trak. At noong nakaraang taon, binili ni Tesla ang Maxwell Electronics, isa sa pinakamalaking tagagawa ng supercapacitor sa mundo, isang siguradong senyales na hindi bababa sa Elon Musk ay naniniwala sa hinaharap ng teknolohiya.

7 pangunahing mga katotohanan para sa pag-unawa sa mga supercapacitor

1 Paano gumagana ang mga baterya

Ang teknolohiya ng baterya ay isa sa mga bagay na matagal na nating ipinagwalang-bahala nang hindi iniisip kung paano ito gumagana. Iniisip ng karamihan na kapag nagcha-charge, "ibinubuhos" lang namin ang kuryente sa baterya, tulad ng tubig sa isang baso.

Ngunit ang baterya ay hindi direktang nag-iimbak ng kuryente, ngunit nabubuo lamang ito kapag kinakailangan ng isang kemikal na reaksyon sa pagitan ng dalawang electrodes at isang likido (pinakakaraniwang) naghihiwalay sa kanila, na tinatawag na electrolyte. Sa reaksyong ito, ang mga kemikal sa loob nito ay na-convert sa iba. Sa prosesong ito, nabubuo ang kuryente. Kapag sila ay ganap na na-convert, ang reaksyon ay hihinto - ang baterya ay na-discharge.

Gayunpaman, sa mga rechargeable na baterya, ang reaksyon ay maaari ding mangyari sa kabaligtaran na direksyon - kapag sinisingil mo ito, ang enerhiya ay magsisimula sa reverse process, na nagpapanumbalik ng orihinal na mga kemikal. Maaaring maulit ito ng daan-daan o libu-libong beses, ngunit hindi maiiwasang may mga pagkalugi. Sa paglipas ng panahon, nabubuo ang mga parasitiko na sangkap sa mga electrodes, kaya limitado ang buhay ng baterya (karaniwang 3000 hanggang 5000 na cycle).

2 Paano gumagana ang mga capacitor

Walang mga reaksyong kemikal na nagaganap sa pampalapot. Ang mga positibo at negatibong singil ay eksklusibong nabubuo ng static na kuryente. Sa loob ng capacitor ay dalawang conductive metal plate na pinaghihiwalay ng isang insulate material na tinatawag na dielectric.

Ang pagsingil ay halos kapareho sa paghuhugas ng bola sa isang lana na panglamig upang dumikit ito sa static na kuryente. Ang mga positibo at negatibong singil na naipon sa mga plato, at ang separator sa pagitan nila, na pumipigil sa kanila na makipag-ugnay, ay talagang isang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya. Ang capacitor ay maaaring singilin at matanggal kahit isang milyong beses nang walang pagkawala ng kapasidad.

3 Ano ang mga supercapacitor

Ang mga maginoo na capacitor ay masyadong maliit upang mag-imbak ng enerhiya - karaniwang sinusukat sa microfarads (milyong farads). Ito ang dahilan kung bakit naimbento ang mga supercapacitor noong 1950s. Sa kanilang pinakamalaking pang-industriya na mga variant, na ginawa ng mga kumpanya tulad ng Maxwell Technologies, ang kapasidad ay umabot sa ilang libong farad, iyon ay, 10-20% ng kapasidad ng isang lithium-ion na baterya.

4 Paano gumagana ang mga supercapacitor

Hindi tulad ng mga maginoo na capacitor, walang dielectric. Sa halip, ang dalawang plato ay nahuhulog sa isang electrolyte at pinaghihiwalay ng isang napakanipis na insulating layer. Ang kapasidad ng isang supercapacitor ay talagang tumataas habang ang lugar ng mga plate na ito ay tumataas at ang distansya sa pagitan ng mga ito ay bumababa. Upang madagdagan ang ibabaw, ang mga ito ay kasalukuyang pinahiran ng mga porous na materyales tulad ng mga carbon nanotube (napakaliit na 10 bilyon sa mga ito ay magkasya sa isang square cm). Ang separator ay maaari lamang maging isang molekula na makapal na may isang layer ng graphene.

Upang maunawaan ang pagkakaiba, pinakamahusay na isipin ang kuryente bilang tubig. Ang isang simpleng kapasitor ay magiging tulad ng isang tuwalya ng papel na maaaring tumanggap ng isang limitadong halaga. Ang supercapacitor ay ang kusinang espongha sa halimbawa.

5 Baterya: Mga kalamangan at kahinaan

Ang mga baterya ay may isang makabuluhang kalamangan - mataas na density ng enerhiya, na nagpapahintulot sa kanila na mag-imbak ng medyo malaking halaga ng enerhiya sa isang maliit na reservoir.

Gayunpaman, mayroon din silang maraming disadvantages - mabigat na timbang, limitadong buhay, mabagal na pagsingil at medyo mabagal na paglabas ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang mga nakakalason na metal at iba pang mga mapanganib na sangkap ay ginagamit para sa kanilang produksyon. Ang mga baterya ay mahusay lamang sa isang makitid na hanay ng temperatura, kaya madalas na kailangan nilang palamigin o painitin, na binabawasan ang kanilang mataas na kahusayan.

6 Supercapacitors: Mga kalamangan at kahinaan

Ang mga supercapacitor ay mas magaan kaysa sa mga baterya, ang kanilang buhay ay hindi maihahambing na mas mahaba, hindi sila nangangailangan ng anumang mga mapanganib na sangkap, sila ay naniningil at naglalabas ng enerhiya halos kaagad. Dahil halos wala silang panloob na pagtutol, hindi sila kumonsumo ng enerhiya upang gumana - ang kanilang kahusayan ay 97-98%. Ang mga supercapacitor ay gumagana nang walang makabuluhang paglihis sa buong saklaw mula -40 hanggang +65 degrees Celsius.

Ang kawalan ay ang pag-iimbak nila ng mas kaunting enerhiya kaysa sa mga baterya ng lithium-ion.

7 Bagong nilalaman

Kahit na ang pinaka-advanced na modernong supercapacitors ay hindi maaaring ganap na palitan ang mga baterya sa mga de-koryenteng sasakyan. Ngunit maraming mga siyentipiko at pribadong kumpanya ang nagtatrabaho upang mapagbuti ang mga ito. Halimbawa, sa UK, ang Superdielectrics ay gumagana sa isang materyal na orihinal na binuo para sa paggawa ng mga contact lens.

Gumagana ang Skeleton Technologies sa graphene, isang allotropic na anyo ng carbon. Ang isang layer ng isang atom na kapal ay 100 beses na mas malakas kaysa sa high-strength na bakal, at ang 1 gramo lang nito ay maaaring sumaklaw sa 2000 square meters. Ang kumpanya ay nag-install ng mga graphene supercapacitor sa mga maginoo na diesel van at nakamit ang 32% na pagtitipid sa gasolina.

Sa kabila ng katotohanang ang mga supercapacitor ay hindi pa rin ganap na mapapalitan ang baterya, ngayon mayroong positibong kalakaran sa pag-unlad ng teknolohiyang ito.

Mga Tanong at Sagot:

Paano gumagana ang isang supercapacitor? Gumagana ito sa parehong paraan tulad ng isang mataas na kapasidad na kapasitor. Sa loob nito, ang kuryente ay naipon dahil sa static sa panahon ng polariseysyon ng electrolyte. Bagaman ito ay isang electrochemical device, walang chemical reaction na nagaganap dito.

Para saan ang isang supercapacitor? Ang mga supercapacitor ay ginagamit para sa pag-iimbak ng enerhiya, pagsisimula ng mga motor, sa mga hybrid na sasakyan, bilang mga mapagkukunan ng panandaliang kasalukuyang.

Paano naiiba ang isang supercapacitor sa iba't ibang uri ng mga baterya? Nagagawa ng baterya na makabuo ng kuryente nang mag-isa sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon. Ang supercapacitor ay nag-iimbak lamang ng inilabas na enerhiya.

Saan ginagamit ang Ionistor? Ang mga capacitor na may mababang kapasidad ay ginagamit sa mga flashlight (ganap na naglalabas) at sa anumang sistema na nangangailangan ng malaking bilang ng mga cycle ng discharge / charge.