Superkondensatorlar elektrikli avtomobillərdəki batareyaları əvəz edə bilərmi?

Elektrikli avtomobillər və hibridlər nəqliyyat vasitələrinin təkamülündə yeni bir dövr kimi müasir motoristin düşüncəsində möhkəm yerləşmişdir. ICE ilə təchiz olunmuş modellərlə müqayisədə bu nəqliyyat vasitələrinin öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri var.

Üstünlüklər həmişə səssiz işləməyi və sürücülük zamanı çirklənməməni əhatə edir (baxmayaraq ki, bu gün bir elektrikli avtomobil üçün bir batareyanın istehsalı ətraf mühiti tək bir dizel mühərrikinin 30 ildən çox işləməsini çirkləndirir).

Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin əsas dezavantajı batareyanın doldurulmasına ehtiyacdır. Bununla əlaqədar olaraq aparıcı avtomobil istehsalçıları, batareyanın ömrünü necə artıracağına və şarjlar arasındakı aralığın artırılmasına dair müxtəlif variantlar hazırlayırlar. Bu seçimlərdən biri də superkondensatorların istifadəsidir.

Yeni bir avtomobil sənayesi - Lamborghini Sian nümunəsini istifadə edərək bu texnologiyanı nəzərdən keçirin. Bu inkişafın üstünlükləri və mənfi cəhətləri nələrdir?

Elektrikli avtomobil bazarında yeniliklər

Lamborghini bir hibrid istehsal etməyə başlayanda əmin ola bilərsiniz ki, bu, Toyota Priusun daha güclü bir versiyası olmayacaq.

İtalyan elektrifikasiya şirkətinin debütü olan Sian, lityum-ion batareyaları əvəzinə superkapasitörlərdən istifadə edən ilk istehsal hibrid avtomobildir (böyük 63).

Bir çox fizik və mühəndis, lityum-ion batareyalardan daha çox kütləvi elektrik hərəkətliliyinin açarına sahib olduqlarına inanırlar. Sian bunları elektrik enerjisini yığmaq və lazım olduqda kiçik elektrik mühərriki ilə təmin etmək üçün istifadə edir.

Superkondensatorların üstünlükləri

Superkondensatorlar enerjini əksər müasir batareyalardan daha sürətli doldurur və buraxır. Əlavə olaraq, tutumu itirmədən əhəmiyyətli dərəcədə daha çox yükləmə və boşaltma dövrlərinə davam gətirə bilərlər.

Sian vəziyyətində, superkondensator sürət qutusuna quraşdırılmış 25 kilovatlıq elektrik motorunu idarə edir. Ya 6,5 at gücünə sahib 12 litrlik V785 daxili yanma mühərrikinə əlavə bir təkan verə bilər, ya da park etmə kimi aşağı sürətli manevrlər zamanı idman avtomobili təkbaşına idarə edə bilər.

Şarj çox sürətli olduğundan bu hibridin bir divar prizinə və ya şarj stansiyasına qoşulmasına ehtiyac yoxdur. Avtomobil hər dəfə əyləc etdikdə superkondensatorlar tam doldurulur. Batareya hibridləri də əyləc enerjisini bərpa edir, lakin yavaşdır və elektrik enerjisini yalnız qismən artırmağa kömək edir.

Superkondensatorun başqa bir çox böyük kozır kartı var: çəki. Lamborghini Sian-da bütün sistem - elektrik mühərriki və kondansatör - çəkiyə cəmi 34 kiloqram əlavə edir. Bu halda gücün artması 33,5 at gücünə bərabərdir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, təkcə Renault Zoe akkumulyatorunun (136 at gücü ilə) çəkisi təxminən 400 kq-dır.

Superkondensatorların dezavantajları

Təbii ki, superkondensatorların batareyalarla müqayisədə çatışmazlıqları da var. Vaxt keçdikcə enerjini daha pis toplayırlar - Sian bir həftə sürməmişsə, kondansatördə enerji qalmır. Amma bu problemin həlli yolları da var. Lamborghini şirkəti Massaçusets Texnologiya İnstitutu (MIT) ilə birlikdə məşhur Terzo Millenio (Üçüncü Minillik) konsepsiyası olan superkondensatorlara əsaslanan sırf elektrik modelini yaratmaq üçün işləyir.

bst

Yeri gəlmişkən, Volkswagen Qrupunun himayəsində olan Lamborghini bu sahədə təcrübə aparan yeganə şirkət deyil. Peugeot hibrid modelləri, Toyota və Honda-nın hidrogen yanacaq elementi modelləri kimi illərdir superkondensatorlardan istifadə edir. Çin və Koreya istehsalçıları onları elektrik avtobuslarında və yük maşınlarında quraşdırırlar. Keçən il Tesla dünyanın ən böyük superkondensator istehsalçılarından biri olan Maxwell Electronics-i satın aldı, bu, ən azı İlon Maskın texnologiyanın gələcəyinə inandığına əmin bir işarədir.

Superkondensatorları anlamaq üçün 7 əsas fakt

1 Batareyaların necə işləməsi

Batareya texnologiyası, necə işlədiyini düşünmədən çoxdan qəbul etdiyimiz şeylərdən biridir. Əksər insanlar zənn edirlər ki, doldurarkən biz sadəcə stəkana su kimi elektrik enerjisini batareyaya “tökürük”.

Lakin akkumulyator elektrik enerjisini birbaşa saxlamır, onu yalnız iki elektrod və onları ayıran maye (ən çox yayılmış) arasında elektrolit adlanan kimyəvi reaksiya nəticəsində yaranır. Bu reaksiyada tərkibindəki kimyəvi maddələr başqalarına çevrilir. Bu proses zamanı elektrik enerjisi yaranır. Onlar tamamilə çevrildikdə, reaksiya dayanır - batareya boşaldılır.

Bununla belə, təkrar doldurulan batareyalarda reaksiya əks istiqamətdə də baş verə bilər - onu doldurduğunuz zaman enerji orijinal kimyəvi maddələri bərpa edən əks prosesə başlayır. Bu, yüzlərlə, minlərlə dəfə təkrarlana bilər, lakin istər-istəməz itkilər olur. Zamanla elektrodların üzərində parazit maddələr yığılır, buna görə də batareyanın ömrü məhdud olur (adətən 3000-dən 5000 dövrə qədər).

2 Kondansatörler necə işləyir

Kondenserdə heç bir kimyəvi reaksiya baş vermir. Müsbət və mənfi yüklər yalnız statik elektrik enerjisi ilə yaranır. Kondansatörün içərisində dielektrik adlanan izolyasiya materialı ilə ayrılmış iki keçirici metal lövhə var.

Şarj bir topu statik elektriklə yapışması üçün yunlu bir süveterə sürtməyə çox oxşardır. Plitələrdə pozitiv və mənfi yüklər yığılır və aralarında təmasda olmalarını əngəlləyən aralarındakı ayırıcı əslində enerjinin yığılması üçün bir vasitədir. Kondansatör tutumu itirilmədən milyon dəfə də yüklənə və boşaldıla bilər.

3 Superkondensatorlar nədir

Adi kondansatörlər enerji saxlamaq üçün çox kiçikdir - adətən mikrofaradlarla ölçülür (milyonlarla farad). Buna görə superkondensatorlar 1950-ci illərdə icad edilmişdir. Maxwell Technologies kimi şirkətlər tərəfindən istehsal olunan ən böyük sənaye variantlarında tutum bir neçə min farada, yəni litium-ion batareyasının tutumunun 10-20% -ə çatır.

4 Superkondensatorlar necə işləyir

Adi kondansatörlərdən fərqli olaraq, dielektrik yoxdur. Bunun əvəzinə, iki plitə bir elektrolitə batırılır və çox nazik bir izolyasiya təbəqəsi ilə ayrılır. Bu plitələrin sahəsi artdıqca və aralarındakı məsafə azaldıqca superkondansatörün tutumu əslində artır. Səth sahəsini artırmaq üçün hazırda onlar karbon nanoborucuqları kimi məsaməli materiallarla örtülür (o qədər kiçikdir ki, onların 10 milyardı bir kvadrat sm-ə sığır). Ayırıcı qrafen təbəqəsi olan yalnız bir molekul qalınlığında ola bilər.

Fərqi anlamaq üçün elektrik enerjisini su kimi düşünmək daha yaxşıdır. Sadə bir kondansatör, məhdud bir miqdarda əmələ gətirən bir kağız dəsmal kimi olardı. Supercapacitor nümunədəki mətbəx süngəridir.

5 Batareya: Artıq və Eksiler

Batareyaların bir əhəmiyyətli üstünlüyü var - yüksək enerji sıxlığı, kiçik bir rezervuarda nisbətən böyük miqdarda enerji saxlamağa imkan verir.

Bununla belə, onların bir çox çatışmazlıqları da var - ağır çəki, məhdud istifadə müddəti, yavaş şarj və nisbətən yavaş enerji buraxılması. Bundan əlavə, onların istehsalı üçün zəhərli metallar və digər təhlükəli maddələr istifadə olunur. Batareyalar yalnız dar bir temperatur diapazonunda səmərəlidir, buna görə də onların yüksək səmərəliliyini azaldaraq tez-tez soyudulmalı və ya qızdırılmalıdır.

6 superkondensator: müsbət və mənfi cəhətlər

Superkondensatorlar batareyalardan çox yüngüldür, onların ömrü müqayisə olunmayacaq dərəcədə uzundur, heç bir təhlükəli maddə tələb etmir, enerjini demək olar ki, dərhal doldurur və buraxır. Onların demək olar ki, heç bir daxili müqaviməti olmadığından, işləmək üçün enerji sərf etmirlər - onların səmərəliliyi 97-98% -dir. Superkondensatorlar -40 ilə +65 dərəcə Selsi arasında bütün diapazonda əhəmiyyətli sapma olmadan işləyir.

Dezavantaj lityum-ion batareyalardan xeyli az enerji yığmasıdır.

7 Yeni məzmun

Ən inkişaf etmiş müasir superkondensatorlar belə elektrikli avtomobillərdəki batareyaları tamamilə əvəz edə bilməz. Ancaq bir çox alim və özəl şirkət onları yaxşılaşdırmaq üçün çalışır. Məsələn, İngiltərədə Superdielektriklər əvvəlcə kontakt linzaların istehsalı üçün hazırlanmış bir materialla işləyir.

Skeleton Technologies şirkəti karbonun allotropik forması olan qrafenlə işləyir. Bir atom qalınlığında bir təbəqə yüksək möhkəm poladdan 100 dəfə güclüdür və onun cəmi 1 qramı 2000 kvadratmetr ərazini əhatə edə bilər. Şirkət adi dizel furqonlarında qrafen superkondensatorları quraşdırıb və yanacağa 32% qənaət edib.

Superkondensatorların batareyaları tamamilə əvəz edə bilməməsinə baxmayaraq, bu gün bu texnologiyanın inkişafında müsbət bir tendensiya var.

Suallar və cavablar:

Superkondensator necə işləyir? Yüksək tutumlu bir kondansatörlə eyni şəkildə işləyir. Bunda elektrolitin qütbləşməsi zamanı statik səbəbindən elektrik yığılır. Elektrokimyəvi bir cihaz olsa da, heç bir kimyəvi reaksiya baş vermir.

Superkondensator nə üçündür? Superkondensatorlar enerjinin saxlanması, mühərriklərin işə salınması, hibrid avtomobillərdə qısamüddətli cərəyan mənbəyi kimi istifadə olunur.

Superkondensator müxtəlif növ batareyalardan nə ilə fərqlənir? Batareya kimyəvi reaksiya nəticəsində öz-özünə elektrik enerjisi istehsal edə bilir. Superkondensator yalnız sərbəst buraxılan enerjini toplayır.

Superkondensator harada istifadə olunur? Aşağı tutumlu kondansatörlər flaş qurğularında (tam boşaldılmış) və çox sayda boşalma / doldurma dövrü tələb edən hər hansı bir sistemdə istifadə olunur.