Informacja

Czy ultrakondensatory mogą zastąpić baterie w przyszłych pojazdach elektrycznych?

Czy ultrakondensatory mogą zastąpić baterie w przyszłych pojazdach elektrycznych?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ultrakondensatory są niesamowite. Ale czy w opłacalny sposób zastąpią baterie w przyszłych pojazdach elektrycznych?

Ultrakondensatory mają znaczną przewagę nad akumulatorami, w końcu są znacznie lżejsze, szybsze w ładowaniu, bezpieczniejsze i nietoksyczne. Istnieją jednak obszary, w których baterie wyciera nimi podłogę. Przynajmniej na razie.

POWIĄZANE: TESLA PRZEJMUJE SIĘ DO PRZEŁOMOWYCH INNOWACJI W BATERII

Dzięki niedawnym przejęciom producentów ultrakondensatorów, takich jak Tesla, ultrakondensatory mogą być bliskie wyparcia akumulatorów jako podstawowego źródła zasilania samochodów elektrycznych.

Co to jest ultrakondensator?

Ultrakondensatory, zwane także superkondensatorami, kondensatorami dwuwarstwowymi lub kondensatorami elektrochemicznymi, to rodzaj systemu magazynowania energii, który zyskuje na popularności w ostatnich latach. Można je traktować jako skrzyżowanie zwykłego kondensatora i baterii, ale różnią się od obu.

Ultrakondensatory mają bardzo dużą pojemność w porównaniu do ich tradycyjnych alternatyw - stąd nazwa. Podobnie jak akumulator, ogniwa ultrakondensatorowe mają elektrodę dodatnią i ujemną oddzielone elektrolitem. Ale w przeciwieństwie do baterii, ultrakondensatory magazynują energię elektrostatycznie (w taki sam sposób jak kondensator), a nie chemicznie jak bateria.

Ultrakondensatory posiadają również separator dielektryczny dzielący elektrolit - podobnie jak kondensator. Ta wewnętrzna struktura komórkowa pozwala ultrakondensatorom na bardzo wysoką gęstość magazynowania energii, zwłaszcza w porównaniu do zwykłego kondensatora.

Ultrakondensatory magazynują mniej energii niż akumulator o podobnej wielkości. Ale są w stanie uwolnić swoją energię znacznie szybciej, ponieważ wyładowanie nie jest zależne od zachodzącej reakcji chemicznej.

Kolejną wielką zaletą ultrakondensatorów jest to, że można je ładować ogromną liczbę razy z niewielką lub żadną degradacją (powyżej 1 milion cykle ładowania / rozładowania nie są rzadkie). Dzieje się tak, ponieważ podczas ładowania nie zachodzą żadne zmiany fizyczne ani chemiczne.

Z tego powodu superkondensatory są często używane w zastosowaniach wymagających wielu szybkich cykli ładowania / rozładowania zamiast długoterminowego kompaktowego magazynowania energii, takich jak zestawy wspomagające samochód i banki energii.

Najczęściej używanym materiałem elektrodowym do ultrakondensatorów jest węgiel w różnych formach, takich jak węgiel aktywny, tkanina z włókna węglowego, węgiel węglikowy, aerożel węglowy, grafit (grafen) i nanorurki węglowe (CNT).

Jak naładować ultrakondensator?

Kiedy różnica napięcia jest przyłożona do dodatnich i ujemnych płytek kondensatora, zaczyna się on ładować. Według Battery University, „Jest to podobne do gromadzenia się ładunku elektrycznego podczas chodzenia po dywanie. Dotykanie obiektu uwalnia energię poprzez palec”.

Niektóre z pierwszych przykładów tej technologii zostały opracowane pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku w General Electric, ale w tamtym czasie nie było żadnych realnych zastosowań komercyjnych. Postępy w materiałoznawstwie i produkcji poprawiłyby wydajność ultrakondensatorów i obniżyłyby ich koszt na tyle, aby były komercyjnie opłacalne do lat 90.

Jak działają ultrakondensatory?

Jak wspomniano powyżej, ultrakondensatory działają poprzez dostarczanie szybkich impulsów energii w szczytowych okresach zapotrzebowania na moc, a następnie wychwytują i szybko magazynują nadwyżkę energii, która w przeciwnym razie mogłaby zostać utracona.

Z tego powodu stanowią doskonały komplement dla pierwotnych źródeł energii, ponieważ ładują się i rozładowują bardzo szybko i wydajnie.

Chociaż baterie mogą pomieścić duże ilości energii, ładowanie ich trwa zwykle wiele godzin. W przeciwieństwie do tego kondensatory, a zwłaszcza ultrakondensatory, ładują się niemal natychmiast, ale mogą magazynować tylko niewielkie ilości energii.

Z tego powodu ultrakondensatory są idealnym rozwiązaniem, gdy system wymaga szybkiego ładowania i nie ma potrzeby magazynowania energii elektrycznej przez długi czas. Ważą również mniej niż baterie, kosztują mniej i generalnie nie zawierają toksycznych metali ani szkodliwych materiałów.

Czy ultrakondensatory mogą zastąpić baterie?

Odpowiedź na to pytanie zależy w dużej mierze od tego, do czego będą one używane. Każda z nich ma zalety i wady. Jak wcześniej wspomniano, baterie mają znacznie wyższe energia gęstość niż ultrakondensatory.

Oznacza to, że są bardziej odpowiednie do zastosowań o wyższej gęstości energii lub gdy urządzenie musi działać przez długi czas na jednym ładowaniu. Ultrakondensatory mają znacznie wyższe moc gęstość niż baterie. To sprawia, że ​​są idealne do zastosowań wymagających dużego poboru mocy, takich jak zasilanie pojazdu elektrycznego.

Jak wspomniano powyżej, ultrakondensatory mają również znacznie dłuższą żywotność niż baterie. Zwykła bateria może sobie poradzić 2000-3000 cykle ładowania i rozładowania, podczas gdy ultrakondensatory mogą zwykle wytrzymać więcej niż 1,000,000. Może to oznaczać ogromne oszczędności materiałów i kosztów.

Ultrakondensatory są również znacznie bezpieczniejsze i znacznie mniej toksyczne. Nie zawierają szkodliwych chemikaliów ani metali ciężkich i są znacznie mniej podatne na eksplozję niż baterie.

Ponadto ultrakondensatory mają znacznie większy zasięg działania niż baterie. W rzeczywistości pokonują baterie w tym obszarze, ponieważ mogą działać w zakresach pomiędzy -40 do +65 stopnie Celsjusza.

Ultrakondensatory można również ładować i rozładowywać znacznie szybciej niż baterie, zwykle w ciągu kilku sekund i są znacznie bardziej wydajne w przypadku samorozładowania niż baterie.

Wiele ultrakondensatorów ma również znacznie dłuższy okres trwałości niż baterie. Niektóre, jak komórki SkelCap, mogą być przechowywane tak długo, jak 15 lat bez spadku wydajności.

Podobnie jak w przypadku większości technologii, głównym czynnikiem wpływającym na zastosowanie ultrakondensatorów jest ich stosunek kosztów do korzyści. Ultrakondensatory są zwykle bardziej ekonomicznym wyborem w dłuższej perspektywie w zastosowaniach wymagających krótkich impulsów energii.

Baterie są jednak znacznie lepszym wyborem do zastosowań, które wymagają stałego, niskiego prądu w czasie.

Czy ultrakondensatory mogą zastąpić baterie w przyszłych samochodach elektrycznych?

Jak widzieliśmy, ultrakondensatory najlepiej sprawdzają się w sytuacjach, w których potrzebna jest duża moc w krótkim czasie. Jeśli chodzi o samochody elektryczne, oznaczałoby to, że miałyby przewagę nad akumulatorami, gdy pojazd potrzebuje wybuchów energii - na przykład podczas przyspieszania.

Tak naprawdę to właśnie zrobiła Toyota z koncepcyjnym samochodem Yaris Hybrid-R, który wykorzystuje superkondensator do przyspieszania.

PSA Peugeot Citroen również zaczął stosować ultrakondensatory jako część swoich systemów oszczędzania paliwa start-stop. Pozwala to na znacznie szybsze przyspieszenie początkowe.

System i-ELOOP Mazdy wykorzystuje również ultrakondensatory do magazynowania energii podczas zwalniania. Zmagazynowana moc jest następnie wykorzystywana przez układy start-stop silnika.

Superkondensatory są również używane do szybkiego ładowania zasilaczy w autobusach hybrydowych, które przemieszczają się od przystanku do przystanku.

Kiedy energia hybrydowa jest wykorzystywana wyłącznie do osiągów, kwestie takie jak zasięg i zdolność do utrzymania ładunku nie są tak ważne - dlatego niektórzy producenci z wyższej półki, tacy jak Lamborghini, również zaczynają włączać silniki elektryczne zasilane superkondensatorami do swoich hybryd. .

Jednak ultrakondensatory nie zastępują baterii w większości pojazdów elektrycznych - na razie. Akumulatory litowo-jonowe prawdopodobnie staną się podstawowym źródłem zasilania pojazdów elektrycznych w najbliższej lub odległej przyszłości.

Wielu uważa, że ​​bardziej prawdopodobne jest, że ultrakondensatory staną się bardziej powszechne jako systemy odzyskiwania mocy podczas zwalniania. Ta zmagazynowana energia może być następnie ponownie wykorzystana w okresach przyspieszania zamiast bezpośredniej wymiany baterii.

Jednak zgodnie z tym badaniem mogą one mieć również zastosowanie w pojazdach hybrydowych zamiast akumulatorów, gdy „zapotrzebowanie na moc jest mniejsze niż moc silnika elektrycznego; gdy zapotrzebowanie pojazdu na moc przekracza zapotrzebowanie silnika elektrycznego, silnik działa tak, aby zaspokoić zapotrzebowanie pojazdu na moc oraz zapewnić moc do ładowania zespołu superkondensatora. "

Niedawne badania nad superkondensatorami na bazie grafenu mogą również doprowadzić do postępów w stosowaniu superkondensatorów w samochodach elektrycznych. Jedno badanie przeprowadzone przez naukowców z Rice University i Queensland University of Technology zaowocowało dwoma artykułami opublikowanymi wJournal of Power Sources iNanotechnologia.

Zaproponowali rozwiązanie składające się z dwóch warstw grafenu, pomiędzy którymi znajduje się warstwa elektrolitu. Powstały film jest mocny, cienki i zdolny do uwolnienia dużych ilości energii w krótkim czasie.

Te czynniki są pewne - w końcu jest to superkondensator. To, co wyróżnia to badanie, polega na tym, że naukowcy sugerują, że nowe, cieńsze ultrakondensatory mogą zastąpić większe akumulatory w przyszłych pojazdach elektrycznych.

Może to również obejmować na przykład integrację ultrakondensatorów z panelami nadwozia, panelami dachowymi, podłogami, a nawet drzwiami. Teoretycznie może to zapewnić pojazdowi całą potrzebną energię i uczynić go znacznie lżejszym niż pojazdy elektryczne zasilane bateriami.

Taki pojazd elektryczny ładowałby się również znacznie szybciej niż obecne pojazdy zasilane bateriami. Ale, podobnie jak wszystkie ultrakondensatory, to rozwiązanie nadal nie może pomieścić tyle energii, co standardowe baterie.

„Oczekuje się, że w przyszłości superkondensator zostanie opracowany tak, aby magazynował więcej energii niż akumulator litowo-jonowy, zachowując jednocześnie zdolność uwalniania energii do 10 razy szybciej - co oznacza, że ​​samochód może być całkowicie zasilany przez superkondensatory w panelach nadwozia ”- powiedział współautor badania, Jinzhang Liu.

„Po jednym pełnym naładowaniu ten samochód powinien być w stanie dotrzeć do 500 km (310 mil) - podobny do samochodu na benzynę i ponad dwukrotnie wyższy od limitu prądu elektrycznego samochodu ”.

Wydaje się, że nadchodzą interesujące czasy. Patrz na przestrzeń.


Obejrzyj wideo: cupercap (Może 2022).