Суперкапакаторлар электр машиналарында батареяларды алмастыра ала ма?

Электрлік автомобильдер мен гибридтер қазіргі заманғы автоәуесқойлардың санасында көлік құралдарының эволюциясындағы жаңа айналым ретінде берік орныққан. ICE-мен жабдықталған модельдермен салыстырғанда, бұл көліктердің өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

Артықшылықтары әрдайым тыныш жұмыс, сонымен қатар көлік жүргізу кезінде ластанудың болмауы болып табылады (дегенмен, бүгінгі күні электромобильге арналған бір аккумулятор жасау дизельді қозғалтқыштың 30 жылдан астам жұмыс істеуімен қоршаған ортаны ластайды).

Электрлік көліктердің негізгі кемшілігі батареяны зарядтау қажеттілігі болып табылады. Осыған байланысты, жетекші автомобиль өндірушілері аккумулятордың қызмет ету мерзімін қалай арттыруға және зарядтардың арасындағы аралықты арттыруға арналған түрлі нұсқаларды әзірлеуде. Осындай нұсқалардың бірі - суперкапакаторларды қолдану.

Бұл технологияны жаңа автокөлік өнеркәсібі - Lamborghini Sian мысалында қарастырыңыз. Бұл дамудың артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?

Электрлік автомобильдер нарығындағы жаңалықтар

Lamborghini гибридті шығара бастағанда, бұл Toyota Prius -тың қуатты нұсқасы болмайтынына сенімді бола аласыз.

Сиан, итальяндық электрлендіру компаниясының дебюті, литий-ионды аккумуляторлардың орнына суперкапакаторларды қолданатын алғашқы өндірістік гибридті автомобиль (apping 63).

Көптеген физиктер мен инженерлер литий-иондық батареялардан гөрі, жаппай электр қозғалғыштығының кілті деп санайды. Сиан оларды электр қуатын сақтау үшін пайдаланады және қажет болған жағдайда оны өзінің шағын электр қозғалтқышына беру үшін пайдаланады.

Суперкапакаторлардың артықшылықтары

Суперкапакаторлар қазіргі заманғы аккумуляторларға қарағанда қуатты тезірек шығарады және шығарады. Сонымен қатар, олар сыйымдылықты жоғалтпай, айтарлықтай көп зарядтауға және разрядқа төтеп бере алады.

Сиан жағдайында суперкапазитор беріліс қорабына салынған 25 киловатт электр қозғалтқышын басқарады. Ол 6,5 ат күші, 12 литрлік V785 ішкі жану қозғалтқышын қосымша күшейте алады немесе автокөлік тұрағы сияқты төмен жылдамдықтағы маневр кезінде спорттық машинаны өздігінен басқара алады.

Зарядтау өте жылдам болғандықтан, бұл гибридті розеткаға немесе зарядтау станциясына қосу қажет емес. Көлік тежелген сайын суперкапакаторлар толығымен зарядталады. Батарея гибридтері сонымен қатар тежегіш энергияны қалпына келтіреді, бірақ ол баяу және тек ішінара электр диапазонын кеңейтуге көмектеседі.

Суперконденсатордың тағы бір үлкен трамплині бар: салмақ. Lamborghini Sian-да бүкіл жүйе - электр қозғалтқышы және конденсатор - салмаққа небәрі 34 килограмм қосады. Бұл жағдайда қуаттың артуы 33,5 ат күшін құрайды. Салыстыру үшін, тек Renault Zoe аккумуляторының (136 ат күші бар) салмағы шамамен 400 кг.

Суперкапакаторлардың кемшіліктері

Әрине, суперконденсаторлардың батареялармен салыстырғанда кемшіліктері де бар. Уақыт өте келе олар энергияны әлдеқайда нашар жинайды - егер Сиан бір апта бойы жүрмесе, конденсаторда энергия қалмайды. Бірақ бұл мәселенің мүмкін шешімдері де бар. Lamborghini компаниясы Массачусетс технологиялық институтымен (MIT) суперконденсаторларға негізделген таза электрлік модельді, әйгілі Terzo Millenio (Үшінші мыңжылдық) тұжырымдамасын жасау үшін жұмыс істейді.

bst

Айтпақшы, Volkswagen тобының қамқорлығындағы Lamborghini бұл салада тәжірибе жасап жатқан жалғыз компания емес. Peugeot гибридті модельдері көптеген жылдар бойы суперконденсаторларды, сондай-ақ Toyota және Honda-ның сутегі отын ұяшықтары үлгілерін пайдаланып келеді. Қытайлық және кореялық өндірушілер оларды электробустар мен жүк көліктеріне орнатуда. Өткен жылы Тесла әлемдегі ең ірі суперконденсатор өндірушілердің бірі Максвелл Электрониксті сатып алды, бұл кем дегенде Илон Масктың технологияның болашағына сенетінінің сенімді белгісі.

Суперкапакаторларды түсінудің 7 негізгі фактісі

1 Батареялар қалай жұмыс істейді

Батарея технологиясы - бұл қалай жұмыс істейтіні туралы ойланбастан, біз көптен бері кәдімгідей қабылдаған нәрселердің бірі. Көптеген адамдар зарядтау кезінде біз жай ғана стакандағы су сияқты аккумуляторға электр қуатын «құйамыз» деп ойлайды.

Бірақ аккумулятор электр энергиясын тікелей сақтамайды, бірақ оны екі электрод пен электролит деп аталатын сұйықтық (көбінесе) арасындағы химиялық реакция арқылы қажет болғанда ғана жасайды. Бұл реакцияда ондағы химиялық заттар басқаларға айналады. Бұл процесс кезінде электр энергиясы өндіріледі. Олар толығымен түрлендірілген кезде реакция тоқтайды - батарея зарядсызданады.

Дегенмен, қайта зарядталатын батареялармен реакция қарама-қарсы бағытта да болуы мүмкін - оны зарядтаған кезде энергия бастапқы химиялық заттарды қалпына келтіретін кері процесті бастайды. Бұл жүздеген немесе мыңдаған рет қайталануы мүмкін, бірақ сөзсіз жоғалтулар болады. Уақыт өте келе электродтарда паразиттік заттар жиналады, сондықтан батареяның қызмет ету мерзімі шектеулі (әдетте 3000-нан 5000 циклге дейін).

2 Конденсаторлар қалай жұмыс істейді

Конденсаторда химиялық реакциялар болмайды. Позитивті және теріс зарядтар тек статикалық электр энергиясымен жасалады. Конденсатордың ішінде диэлектрик деп аталатын оқшаулағыш материалмен бөлінген екі өткізгіш металл пластина орналасқан.

Зарядтау допты жүннен жасалған жемпірге ысыруға өте ұқсас, ол статикалық электр тогымен жабысады. Пластиналарда оң және теріс зарядтар жинақталады, ал олардың арасындағы бөлгіш олардың байланысқа түсуіне жол бермейді, бұл шын мәнінде энергияны сақтау құралы болып табылады. Конденсатордың сыйымдылығын жоғалтпастан миллион рет зарядтауға және зарядтауға болады.

3 Суперкапакаторлар дегеніміз не

Кәдімгі конденсаторлар энергияны сақтау үшін тым кішкентай - әдетте микрофарадтармен (миллиондаған фарадтар) өлшенеді. Сондықтан суперконденсаторлар 1950 жылдары ойлап табылды. Maxwell Technologies сияқты компаниялар шығаратын олардың ең үлкен өнеркәсіптік нұсқаларында сыйымдылық бірнеше мың фарадқа жетеді, яғни литий-ионды аккумулятордың сыйымдылығының 10-20%.

4 Суперкапакаторлар қалай жұмыс істейді

Кәдімгі конденсаторлардан айырмашылығы, диэлектрик жоқ. Оның орнына екі тақтайша электролитке батырылады және өте жұқа оқшаулағыш қабатпен бөлінеді. Суперконденсатордың сыйымдылығы шын мәнінде артады, өйткені бұл пластиналардың ауданы ұлғаяды және олардың арасындағы қашықтық азаяды. Бетінің ауданын ұлғайту үшін олар қазіргі уақытта көміртекті нанотүтіктер сияқты кеуекті материалдармен қапталған (олардың 10 миллиарды бір шаршы см-ге сыйатыны сонша). Бөлгіш графен қабаты бар қалыңдығы бір ғана молекула болуы мүмкін.

Айырмашылықты түсіну үшін электр қуатын су деп ойлаған дұрыс. Сонда қарапайым конденсатор шектеулі мөлшерді сіңіре алатын қағаз сүлгімен болады. Мысалдағы супкапакатор - ас үй губкасы.

5 Батареялар: оң және теріс жақтары

Батареялардың бір маңызды артықшылығы бар - энергияның жоғары тығыздығы, бұл шағын резервуарда салыстырмалы түрде үлкен көлемде энергияны сақтауға мүмкіндік береді.

Дегенмен, олардың көптеген кемшіліктері бар - ауыр салмақ, шектеулі қызмет ету мерзімі, баяу зарядтау және салыстырмалы түрде баяу энергия шығару. Сонымен қатар, оларды өндіру үшін улы металдар мен басқа да қауіпті заттар қолданылады. Батареялар тар температура диапазонында ғана тиімді, сондықтан оларды жиі салқындату немесе қыздыру қажет, бұл олардың жоғары тиімділігін төмендетеді.

6 Supercapacitors: жағымсыз және жаман жақтары

Суперконденсаторлар аккумуляторларға қарағанда әлдеқайда жеңіл, олардың қызмет ету мерзімі салыстыруға келмейтіндей ұзағырақ, олар ешқандай қауіпті заттарды қажет етпейді, олар бірден зарядтайды және энергияны шығарады. Олардың ішкі қарсылығы дерлік болмағандықтан, олар жұмыс істеу үшін энергияны жұмсамайды - олардың тиімділігі 97-98% құрайды. Суперконденсаторлар -40-тан +65 градус Цельсийге дейінгі барлық диапазонда елеулі ауытқуларсыз жұмыс істейді.

Кемшілігі - олар литий-иондық батареяларға қарағанда энергияны едәуір аз сақтайды.

7 Жаңа мазмұн

Қазіргі заманғы суперкапакаторлар тіпті электромобильдердегі батареяларды толығымен алмастыра алмайды. Бірақ көптеген ғалымдар мен жеке компаниялар оларды жетілдіру үшін жұмыс істеуде. Мысалы, Ұлыбританияда Superdielektrics бастапқыда контактілі линзалар өндірісі үшін жасалған материалмен жұмыс істейді.

Skeleton Technologies компаниясы көміртектің аллотропиялық түрі графенмен жұмыс істейді. Бір атом қалыңдығының бір қабаты берік болаттан 100 есе күшті және оның 1 граммы ғана 2000 шаршы метрді жаба алады. Компания әдеттегі дизельді фургондарға графен суперконденсаторларын орнатып, отынды 32% үнемдеуге қол жеткізді.

Суперкапакаторлар батареяларды толығымен алмастыра алмайтындығына қарамастан, бүгінде бұл технологияның дамуында оң үрдіс бар.

Сұрақтар мен жауаптар:

Суперконденсатор қалай жұмыс істейді? Ол жоғары сыйымдылықты конденсатор сияқты жұмыс істейді. Онда электролиттің поляризациясы кезінде статикалық әсерге байланысты электр энергиясы жинақталады. Бұл электрохимиялық құрылғы болғанымен, химиялық реакция болмайды.

Суперконденсатор не үшін қажет? Суперконденсаторлар энергияны жинақтау үшін, қозғалтқыштарды іске қосу үшін, гибридті көліктерде, қысқа мерзімді ток көздері ретінде пайдаланылады.

Суперконденсатордың батареялардың әртүрлі түрлерінен айырмашылығы неде? Батарея химиялық реакция арқылы өздігінен электр энергиясын өндіруге қабілетті. Суперконденсатор тек босатылған энергияны жинақтайды.

Суперконденсатор қайда қолданылады? Төмен сыйымдылықты конденсаторлар жарқыл қондырғыларында (толық разрядталған) және разряд/зарядтау циклдерінің көп санын қажет ететін кез келген жүйеде қолданылады.