Tiedot

Voivatko ultrakondensaattorit korvata tulevaisuuden sähköajoneuvojen paristot?

Voivatko ultrakondensaattorit korvata tulevaisuuden sähköajoneuvojen paristot?

Ultrakondensaattorit ovat mahtavia. Mutta voisivatko ne korvata akut tulevissa sähköajoneuvoissa?

Ultrakondensaattoreilla on merkittäviä etuja paristoihin verrattuna, loppujen lopuksi ne ovat paljon kevyempiä, nopeammin latautuvia, turvallisempia ja myrkyttömiä. On kuitenkin joitain alueita, joissa paristot pyyhkivät lattian niiden kanssa. Ainakin toistaiseksi.

LIITTYVÄT: TESLA TAPAA AKKUIDEN UUDISTAMISEKSI

Viimeisimpien Teslan kaltaisten ultrakondensaattorivalmistajien hankintojen myötä ultrakondensaattorit saattavat olla paristojen kynnyksellä sähköautojen virtalähteenä.

Mikä on ultrakondensaattori?

Ultrakondensaattorit, joita kutsutaan myös superkondensaattoreiksi, kaksikerroksisiksi kondensaattoreiksi tai sähkökemiallisiksi kondensaattoreiksi, ovat eräänlainen energian varastointijärjestelmä, joka on saanut suosiota viime vuosina. Niitä voidaan ajatella tavallisen kondensaattorin ja akun risteyksinä, mutta ne eroavat molemmista.

Ultrakondensaattoreilla on erittäin suuri kapasitanssi verrattuna perinteisiin vaihtoehtoihin - tästä nimi. Akun tavoin ultrakondensaattorikennoissa on positiivinen ja negatiivinen elektrodi, jotka on erotettu elektrolyytillä. Mutta toisin kuin paristot, ultrakondensaattorit varastoivat energiaa sähköstaattisesti (samalla tavalla kuin kondensaattori) kemiallisesti kuin akku.

Ultrakondensaattoreissa on myös dielektrinen erotin, joka jakaa elektrolyytin - aivan kuten kondensaattori. Tämän sisäisen solurakenteen ansiosta ultrakondensaattoreilla on erittäin suuri energian varastointitiheys, erityisesti verrattuna normaaliin kondensaattoriin.

Ultrakondensaattorit säästävät vähemmän energiaa kuin vastaavan kokoinen akku. Mutta he pystyvät vapauttamaan energiansa paljon nopeammin, koska purkaus ei ole riippuvainen tapahtuvasta kemiallisesta reaktiosta.

Toinen ultrakondensaattoreiden suuri etu on, että ne voidaan ladata valtavan määrän kertoja vain vähän tai ei ollenkaan (yli 1 miljoona lataus / purkausjaksot eivät ole harvinaisia). Tämä johtuu siitä, että fyysisiä tai kemiallisia muutoksia ei tapahdu niiden latautuessa.

Tästä syystä superkondensaattoreita käytetään usein sovelluksissa, jotka edellyttävät monia nopeita lataus- / purkaussyklejä pitkäaikaisen kompaktin energian varastoinnin sijaan, kuten autojen tehostepaketit ja tehopankit.

Yleisimmin käytetty elektrodimateriaali ultrakondensaattoreissa on hiili eri muodoissa, kuten aktiivihiili, hiilikuitukangas, karbidista johdettu hiili, hiili-aerogeeli, grafiitti (grafeeni) ja hiilinanoputket (CNT).

Kuinka ladata ultrakondensaattori?

Kun jännite-ero kohdistetaan kondensaattorin positiivisiin ja negatiivisiin levyihin, se alkaa latautua. Battery Universityn mukaan "Tämä on samanlainen kuin sähkövarauksen muodostuminen matolla kävellessä. Esineen koskettaminen vapauttaa energiaa sormen läpi."

Jotkut tämän tekniikan ensimmäisistä esimerkeistä kehitettiin 1950-luvun lopulla General Electricillä, mutta tuolloin ei ollut elinkelpoisia kaupallisia sovelluksia. Materiaalitieteen ja valmistuksen kehitykseen tarvitaan 1990-luvulle asti parantamaan ultrakondensaattoreiden suorituskykyä ja alentamaan niiden kustannuksia niin paljon, että ne ovat kaupallisesti kannattavia.

Kuinka ultrakondensaattorit toimivat?

Kuten yllä on kosketettu, ultrakondensaattorit toimivat toimittamalla nopeita energianpurkauksia huipputehon jaksoissa, sieppaavat ja varastoivat sitten nopeasti ylimääräisen energian, joka saattaa muuten kadota.

Tästä syystä ne ovat suuri kohteliaisuus primaarienergialähteille, koska ne latautuvat ja purkautuvat hyvin nopeasti ja tehokkaasti.

Vaikka akkuihin mahtuu paljon virtaa, niiden lataaminen kestää yleensä tunteja. Sitä vastoin kondensaattorit ja varsinkin ultrakondensaattorit latautuvat melkein välittömästi, mutta ne voivat varastoida vain pieniä määriä energiaa.

Tästä syystä ultrakondensaattorit ovat täydellinen ratkaisu, kun järjestelmän on ladattava nopeasti eikä sen tarvitse varastoida sähköä pitkään aikaan. Ne painavat myös vähemmän kuin paristot, maksavat vähemmän ja eivät yleensä sisällä myrkyllisiä metalleja tai haitallisia materiaaleja.

Voivatko ultrakondensaattorit korvata paristot?

Vastaus tähän kysymykseen riippuu suuresti siitä, mihin niitä käytetään. Jokaisella on etuja ja haittoja. Kuten aiemmin mainittiin, paristoissa on paljon korkeampi energiaa tiheys kuin ultrakondensaattoreilla.

Tämä tarkoittaa, että ne soveltuvat paremmin korkeamman energian tiheyden sovelluksiin tai kun laitteen on käytettävä pitkiä aikoja yhdellä latauksella. Ultrakondensaattoreilla on paljon korkeampi teho tiheys kuin paristot. Tämä tekee niistä ihanteellisia paljon tyhjentäviä sovelluksia, kuten sähköajoneuvoja.

Kuten edellä mainittiin, ultrakondensaattoreiden käyttöikä on myös paljon pidempi kuin paristoilla. Tavallinen akku voi käsitellä ympärillä 2000-3000 lataus- ja purkausjaksot, kun taas ultrakondensaattorit pystyvät yleensä ylläpitämään enemmän kuin 1,000,000. Tämä voi merkitä valtavia säästöjä materiaaleissa ja kustannuksissa.

Ultrakondensaattorit ovat myös paljon turvallisempia ja huomattavasti vähemmän myrkyllisiä. Ne eivät sisällä haitallisia kemikaaleja tai raskasmetalleja, ja ne räjähtävät paljon vähemmän kuin paristot.

Lisäksi ultrakondensaattoreiden toiminta-alue on paljon suurempi kuin paristoilla. Itse asiassa he lyöivät paristoja kädet alas tällä alueella, koska ne voivat toimia välillä -40 - +65 Celsius astetta.

Ultrakondensaattoreita voidaan myös ladata ja purkaa paljon nopeammin kuin paristoja, yleensä sekunneissa, ja ne ovat paljon tehokkaampia itsepurkautumisessa kuin akut.

Monilla ultrakondensaattoreilla on myös paljon pidempi käyttöikä kuin paristoilla. Jotkut, kuten SkelCap-solut, voidaan tallentaa niin kauan kuin 15 vuotta kerrallaan, kapasiteetin vähentyessä vain vähän tai ei lainkaan.

Kuten useimmissa tekniikoissa, ultrakondensaattoreiden käytön tärkein ajuri on niiden kustannus-hyötysuhde. Ultrakondensaattorit ovat yleensä taloudellisempi valinta pitkällä aikavälillä sovelluksiin, jotka tarvitsevat lyhyitä energiapurkauksia.

Akut ovat kuitenkin paljon parempi valinta sovelluksiin, jotka vaativat jatkuvaa, matalaa virtaa ajan myötä.

Voivatko ultrakondensaattorit korvata paristot tulevissa sähköautoissa?

Kuten olemme nähneet, ultrakondensaattorit soveltuvat parhaiten tilanteisiin, joissa tarvitaan paljon virtaa lyhyessä ajassa. Sähköautojen kannalta tämä tarkoittaisi, että niillä olisi etuja akkuihin nähden, kun ajoneuvo tarvitsee energiapurkauksia - kuten kiihdytyksen aikana.

Itse asiassa Toyota on juuri tehnyt tämän Yaris Hybrid-R -konseptiautolla, joka käyttää superkondensaattoria kiihdytyksen aikana.

PSA Peugeot Citroen on myös alkanut käyttää ultrakondensaattoreita osana start-stop-polttoainetta säästäviä järjestelmiä. Tämä mahdollistaa paljon nopeamman alkukiihdytyksen.

Mazdan i-ELOOP-järjestelmä käyttää ultrakondensaattoreita myös energian varastointiin hidastuksen aikana. Tallennettua tehoa käytetään sitten moottorin pysäytys-käynnistysjärjestelmissä.

Superkondensaattoreita käytetään myös lataamaan virtalähteet nopeasti hybridibusseissa, kun ne kulkevat pysähdyksestä toiseen.

Kun hybridienergiaa käytetään puhtaasti suorituskykyyn, kantama ja kyky pitää lataus eivät ole yhtä tärkeitä - ja niinpä jotkut huippuluokan valmistajat, kuten Lamborghini, alkavat myös sisällyttää superkondensaattorilla toimivia sähkömoottoreita hybridiinsä .

Ultrakondensaattorit eivät kuitenkaan korvaa paristoja useimmissa sähköajoneuvoissa. Li-ion-akut ovat todennäköisesti virransyöttö sähköautoille lähitulevaisuudessa.

Monien mielestä on todennäköisempää, että ultrakondensaattoreista tulee yleisempiä virran regenerointijärjestelminä hidastuksen aikana. Tätä varastoitua tehoa voidaan sitten käyttää uudelleen kiihdytysjaksojen aikana paristojen suorien vaihtojen sijaan.

Tämän tutkimuksen mukaan heillä voi kuitenkin olla sovelluksia myös hybridiajoneuvoissa paristojen sijaan, kun "tehontarve on pienempi kuin sähkömoottorin tehokyky; kun ajoneuvon tehontarve ylittää sähkömoottorin, moottori käytetään vastaamaan ajoneuvon virrankulutusta sekä antamaan tehoa superkondensaattoriyksikön lataamiseen. "

Grafeenipohjaisten superkondensaattoreiden viimeaikainen tutkimus voi myös johtaa kehitykseen superkondensaattoreiden käytössä sähköautoissa. Rice-yliopiston ja Queenslandin teknillisen yliopiston tutkijoiden yksi tutkimus johti kahteen julkaisuun, jotka julkaistiinLehti virtalähteistä jaNanoteknologia.

He ehdottivat ratkaisua, joka koostui kahdesta grafeenikerroksesta, joiden välissä oli elektrolyyttikerros. Tämä tuloksena oleva kalvo on vahva, ohut ja pystyy vapauttamaan suuria määriä energiaa lyhyessä ajassa.

Nämä tekijät ovat annettu - se on loppujen lopuksi superkondensaattori. Tämän tutkimuksen tekee erilaiseksi se, että tutkijat ehdottavat, että uudet, ohuemmat ultrakondensaattorit voisivat korvata tulevissa sähköajoneuvoissa kookkaammat akut.

Tähän voisi sisältyä myös ultrakondensaattoreiden integrointi esimerkiksi runkopaneeleihin, kattopaneeleihin, lattiaan ja jopa oviin. Teoriassa tämä voisi tarjota ajoneuvolle kaiken tarvitsemansa energian ja tehdä siitä huomattavasti kevyempi kuin akkukäyttöiset sähköajoneuvot.

Tällainen sähköauto latautuu myös huomattavasti nopeammin kuin nykyiset akkukäyttöiset ajoneuvot. Mutta kuten kaikki ultrakondensaattorit, tämä ratkaisu ei silti kata yhtä paljon energiaa kuin tavalliset paristot.

"Tulevaisuudessa toivotaan, että superkondensaattori kehitetään varastoimaan enemmän energiaa kuin litiumioniakku säilyttäen samalla kykynsä vapauttaa energiansa jopa 10 kertaa nopeammin - mikä tarkoittaa, että auton koripaneeleissa olevat superkondensaattorit voisivat saada virran kokonaan ”, kertoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Jinzhang Liu.

"Yhden täyden latauksen jälkeen tämän auton pitäisi pystyä ajamaan 500 km (310 mailia) - samanlainen kuin bensiinikäyttöinen auto ja yli kaksinkertainen sähköauton nykyiseen rajaan. "

Mielenkiintoisia aikoja edessä näyttää. Katso tätä tilaa.


Katso video: Roskien Kierrätys @koti K1J4 (Syyskuu 2021).