Süper kapasitörler elektrikli araçlarda pillerin yerini alabilir mi?

Elektrikli arabalar ve hibritler, araçların evriminde yeni bir tur olarak modern sürücülerin zihninde sağlam bir şekilde kök salmıştır. ICE donanımlı modellerle karşılaştırıldığında bu araçların kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

Avantajları her zaman sessiz çalışmayı ve sürüş sırasında kirliliğin olmamasını içerir (bugün bir elektrikli otomobil için tek bir pilin üretimi, tek bir dizel motorun 30 yıldan fazla çalışarak çevreyi kirletmesine rağmen).

Elektrikli araçların en büyük dezavantajı aküyü şarj etme ihtiyacıdır. Bununla bağlantılı olarak, önde gelen otomobil üreticileri, pil ömrünün nasıl uzatılacağı ve şarjlar arasındaki sürenin nasıl uzatılacağı konusunda çeşitli seçenekler geliştiriyor. Bu seçeneklerden biri, süper kapasitörlerin kullanılmasıdır.

Yeni bir otomobil endüstrisi örneğini kullanarak bu teknolojiyi düşünün - Lamborghini Sian. Bu gelişmenin avantajları ve dezavantajları nelerdir?

Elektrikli araç pazarında yeni

Lamborghini bir hibrit çıkarmaya başladığında, bunun Toyota Prius'un daha güçlü bir versiyonu olmayacağından emin olabilirsiniz.

İtalyan elektrifikasyon şirketinin ilk üretimi olan Sian, lityum iyon piller yerine süper kapasitörler kullanan ilk üretim hibrit otomobildir (63 adet büyük bir).

Birçok fizikçi ve mühendis, lityum iyon piller yerine toplu elektrik hareketliliğinin anahtarını taşıdıklarına inanıyor. Sian bunları elektriği depolamak ve gerektiğinde küçük elektrik motoruna beslemek için kullanıyor.

Süper kapasitörlerin avantajları

Süper kapasitörler, enerjiyi çoğu modern pilden çok daha hızlı şarj eder ve serbest bırakır. Ek olarak, kapasite kaybı olmadan önemli ölçüde daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne dayanabilirler.

Sian söz konusu olduğunda, süper kapasitör dişli kutusuna yerleştirilmiş 25 kilovatlık bir elektrik motorunu çalıştırır. Ya 6,5 beygir gücündeki 12 litrelik V785 içten yanmalı motora ek bir destek sağlayabilir ya da park etme gibi düşük hızlı manevralar sırasında spor otomobili kendi başına sürebilir.

Şarj işlemi çok hızlı olduğu için bu hibridin bir duvar prizine veya şarj istasyonuna takılmasına gerek yoktur. Süper kapasitörler, araç her fren yaptığında tamamen şarj olur. Akü hibritlerinde ayrıca frenleme enerjisi geri kazanımı da vardır, ancak yavaştır ve elektrik menzilinin genişletilmesine yalnızca kısmen yardımcı olur.

Süper kapasitörün çok büyük bir kozu daha var: ağırlık. Lamborghini Sian'da tüm sistem - elektrik motoru artı kapasitör - ağırlığa yalnızca 34 kilogram ekler. Bu durumda güç artışı 33,5 beygir oluyor. Karşılaştırma için, yalnızca Renault Zoe aküsü (136 beygir gücü ile) yaklaşık 400 kg ağırlığındadır.

Süper kapasitörlerin dezavantajları

Elbette süper kapasitörlerin pillere göre dezavantajları da var. Zamanla, çok daha kötü enerji biriktirirler - Sian bir haftadır sürmediyse, kapasitörde hiç enerji kalmaz. Ancak bu sorunun olası çözümleri de var. Lamborghini, ünlü Terzo Millenio (Üçüncü Binyıl) konsepti olan süper kapasitörlere dayalı tamamen elektrikli bir model oluşturmak için Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ile birlikte çalışıyor.

bST

Bu arada Volkswagen Grubu'nun himayesinde yer alan Lamborghini, bu alanda deneyler yapan tek şirket değil. Peugeot hibrit modelleri, Toyota ve Honda'nın hidrojen yakıt hücresi modellerinde olduğu gibi yıllardır süper kapasitörler kullanıyor. Çinli ve Koreli üreticiler bunları elektrikli otobüslere ve kamyonlara kuruyor. Ve geçen yıl Tesla, dünyanın en büyük süper kapasitör üreticilerinden biri olan Maxwell Electronics'i satın aldı; bu, en azından Elon Musk'ın teknolojinin geleceğine inandığının kesin bir işareti.

Süper kapasitörleri anlamak için 7 önemli gerçek

1 Piller nasıl çalışır

Pil teknolojisi, nasıl çalıştığını düşünmeden uzun süredir hafife aldığımız şeylerden biridir. Çoğu insan, şarj ederken, tıpkı bir bardağa su gibi elektriği bataryaya "döktüğümüzü" hayal eder.

Ancak bir pil doğrudan elektriği depolamaz, ancak yalnızca iki elektrot ile onları ayıran bir sıvı (en yaygın olarak) arasındaki elektrolit adı verilen bir kimyasal reaksiyon tarafından ihtiyaç duyulduğunda üretir. Bu reaksiyonda içindeki kimyasallar diğerlerine dönüşür. Bu işlem sırasında elektrik üretilir. Tamamen dönüştürüldüklerinde reaksiyon durur - pil boşalır.

Bununla birlikte, şarj edilebilir pillerde, reaksiyon ters yönde de gerçekleşebilir - şarj ettiğinizde, enerji, orijinal kimyasalları geri yükleyen ters işlemi başlatır. Bu yüzlerce, binlerce kez tekrarlanabilir ama kaçınılmaz olarak kayıplar olur. Zamanla elektrotlar üzerinde parazitik maddeler birikir, bu nedenle pil ömrü sınırlıdır (tipik olarak 3000 ila 5000 döngü).

2 Kapasitörler nasıl çalışır

Kondansatörde kimyasal reaksiyon meydana gelmez. Pozitif ve negatif yükler yalnızca statik elektrik tarafından üretilir. Kapasitörün içinde, dielektrik adı verilen bir yalıtım malzemesi ile ayrılmış iki iletken metal plaka vardır.

Şarj etmek, bir topu yünlü bir süvetere sürtmeye benzer, böylece statik elektrikle yapışır. Plakalarda pozitif ve negatif yükler birikir ve aralarındaki ayırıcı ile temas etmelerini önleyen, aslında bir enerji depolama aracıdır. Kapasitör, kapasite kaybı olmadan bir milyon kez bile şarj edilip boşaltılabilir.

3 Süper kapasitörler nelerdir

Geleneksel kapasitörler enerji depolamak için çok küçüktür - genellikle mikrofaradlarla (milyonlarca farad) ölçülür. Bu nedenle süper kapasitörler 1950'lerde icat edildi. Maxwell Technologies gibi şirketler tarafından üretilen en büyük endüstriyel türevlerinde kapasite birkaç bin farada, yani lityum iyon pil kapasitesinin %10-20'sine ulaşıyor.

4 Süper kapasitörler nasıl çalışır?

Geleneksel kapasitörlerin aksine, dielektrik yoktur. Bunun yerine, iki plaka bir elektrolit içine daldırılır ve çok ince bir yalıtım katmanıyla ayrılır. Bir süper kapasitörün kapasitansı aslında bu plakaların alanı arttıkça ve aralarındaki mesafe azaldıkça artar. Yüzey alanını artırmak için şu anda karbon nanotüpler gibi gözenekli malzemelerle kaplanıyorlar (o kadar küçük ki, 10 milyar tanesi bir cm kareye sığıyor). Ayırıcı, bir grafen tabakası ile yalnızca bir molekül kalınlığında olabilir.

Farkı anlamak için elektriği su olarak düşünmek en iyisidir. Basit bir kapasitör, sınırlı bir miktarı emebilen bir kağıt havlu gibidir. Süper kapasitör, örnekteki mutfak süngeridir.

5 Piller: Artıları ve Eksileri

Pillerin önemli bir avantajı vardır - küçük bir rezervuarda nispeten büyük miktarlarda enerji depolamalarına izin veren yüksek enerji yoğunluğu.

Bununla birlikte, birçok dezavantajları da vardır - ağır ağırlık, sınırlı ömür, yavaş şarj ve nispeten yavaş enerji salınımı. Ayrıca, üretimleri için toksik metaller ve diğer tehlikeli maddeler kullanılır. Piller yalnızca dar bir sıcaklık aralığında verimlidir, bu nedenle genellikle soğutulmaları veya ısıtılmaları gerekir, bu da yüksek verimliliklerini azaltır.

6 Süper Kapasitörler: Artıları ve Eksileri

Süper kapasitörler pillerden çok daha hafiftir, ömürleri kıyaslanamayacak kadar uzundur, herhangi bir tehlikeli madde gerektirmezler, neredeyse anında şarj olur ve enerji verirler. Neredeyse hiç iç dirençleri olmadığı için çalışmak için enerji tüketmezler - verimleri %97-98'dir. Süper kapasitörler, -40 ila +65 santigrat derece arasındaki tüm aralıkta önemli sapmalar olmadan çalışır.

Dezavantajı, lityum iyon pillere göre önemli ölçüde daha az enerji depolamalarıdır.

7 Yeni içerik

En gelişmiş modern süper kapasitörler bile elektrikli araçlarda pillerin yerini tamamen alamaz. Ancak birçok bilim insanı ve özel şirket bunları iyileştirmek için çalışıyor. Örneğin, Birleşik Krallık'ta, Superdielectrics başlangıçta kontakt lens üretimi için geliştirilmiş bir malzeme ile çalışıyor.

Skeleton Technologies, allotropik bir karbon formu olan grafen ile çalışıyor. Bir atom kalınlığındaki bir katman, yüksek mukavemetli çelikten 100 kat daha güçlüdür ve sadece 1 gramı 2000 metrekareyi kaplayabilir. Şirket, geleneksel dizel kamyonetlere grafen süper kapasitörler yerleştirdi ve %32 yakıt tasarrufu sağladı.

Süper kapasitörlerin pilleri tamamen değiştiremeyeceği gerçeğine rağmen, bugün bu teknolojinin gelişiminde olumlu bir eğilim var.

Sorular ve Cevaplar:

Bir süper kapasitör nasıl çalışır? Yüksek kapasiteli bir kapasitör ile aynı şekilde çalışır. İçinde elektrolitin polarizasyonu sırasında statik nedeniyle elektrik birikir. Elektrokimyasal bir cihaz olmasına rağmen hiçbir kimyasal reaksiyon gerçekleşmez.

Süper kapasitör ne işe yarar? Süper kapasitörler, kısa süreli akım kaynakları olarak, hibrit araçlarda, enerji depolama, motor çalıştırma için kullanılır.

Bir süper kapasitör farklı pil türlerinden nasıl farklıdır? Pil, kimyasal bir reaksiyonla kendi başına elektrik üretebilir. Süper kapasitör sadece salınan enerjiyi biriktirir.

Süper kapasitör nerede kullanılır? Düşük kapasiteli kapasitörler, flaş ünitelerinde (tamamen deşarj olmuş) ve çok sayıda deşarj / şarj döngüsü gerektiren herhangi bir sistemde kullanılır.