Je! Supercapacitors zinaweza kuchukua nafasi ya betri kwenye magari ya umeme?

Magari ya umeme na mahuluti yamekita mizizi katika akili za dereva wa kisasa kama duru mpya katika mabadiliko ya magari. Ikilinganishwa na modeli zilizo na vifaa vya ICE, magari haya yana faida na hasara zake.

Faida kila wakati ni pamoja na operesheni ya utulivu, na pia kutokuwepo kwa uchafuzi wa mazingira wakati wa safari (ingawa leo kutengeneza betri moja kwa gari la umeme kunachafua mazingira zaidi ya miaka 30 ya operesheni ya injini moja ya dizeli).

Ubaya kuu wa magari ya umeme ni hitaji la kuchaji betri. Kuhusiana na hii, wazalishaji wa gari wanaoongoza wanaunda chaguzi anuwai za jinsi ya kuongeza maisha ya betri na kuongeza muda kati ya malipo. Moja ya chaguzi hizi ni matumizi ya wachunguzi wakuu.

Fikiria teknolojia hii ukitumia mfano wa tasnia mpya ya gari - Lamborghini Sian. Je! Ni faida na hasara gani za maendeleo haya?

Mpya katika soko la gari la umeme

Wakati Lamborghini anapoanza kutoa mseto, unaweza kuwa na hakika kuwa haitakuwa toleo lenye nguvu zaidi la Toyota Prius.

Sian, wa kwanza wa kampuni ya umeme ya Italia, ni gari la mseto la kwanza la uzalishaji (lenye nguvu 63) kutumia vifaa vikubwa badala ya betri za lithiamu-ion.

Wataalam wengi wa fizikia na wahandisi wanaamini kuwa hizi ndio funguo za uhamaji mwingi wa umeme, sio betri za lithiamu-ioni. Sian hutumia hizi kuhifadhi umeme na, inapohitajika, anailisha kwa gari lake ndogo la umeme.

Faida za wachunguzi wakuu

Supercapacitors huchaji na kutoa nishati haraka sana kuliko betri nyingi za kisasa. Kwa kuongeza, wanaweza kuhimili mizunguko ya malipo zaidi na ya kutokwa bila kupoteza uwezo.

Kwa Sian, supercapacitor huendesha gari ya umeme ya kilowatt 25 ambayo imejengwa kwenye sanduku la gia. Inaweza kutoa nyongeza ya ziada kwa nguvu ya farasi 6,5 12-lita V785 injini ya mwako wa ndani au kuendesha gari la michezo peke yake wakati wa mwendo wa kasi kama vile maegesho.

Kwa kuwa kuchaji ni haraka sana, mseto huu hauitaji kuingizwa kwenye duka la ukuta au kituo cha kuchaji. Supercapacitors huchajiwa kila wakati gari linapofunga. Mahuluti ya betri pia yanapata ahueni ya nishati, lakini ni polepole na inasaidia kidogo kupanua anuwai ya umeme.

Supercapacitor ina kadi nyingine kubwa sana ya tarumbeta: uzito. Katika Lamborghini Sian, mfumo mzima - motor umeme pamoja na capacitor - huongeza kilo 34 tu kwa uzito. Katika kesi hii, ongezeko la nguvu ni 33,5 farasi. Kwa kulinganisha, betri ya Renault Zoe pekee (yenye nguvu ya farasi 136) ina uzani wa karibu 400kg.

Ubaya wa wachunguzi wakuu

Bila shaka, supercapacitors pia ina hasara ikilinganishwa na betri. Kwa wakati, hujilimbikiza nishati mbaya zaidi - ikiwa Sian hajapanda kwa wiki, hakuna nishati iliyobaki kwenye capacitor. Lakini pia kuna uwezekano wa ufumbuzi wa tatizo hili. Lamborghini inafanya kazi na Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (MIT) kuunda kielelezo pekee cha umeme kulingana na supercapacitors, dhana maarufu ya Terzo Milenio (Milenia ya Tatu).

bst

Kwa njia, Lamborghini, ambayo ni chini ya mwamvuli wa Kikundi cha Volkswagen, sio kampuni pekee inayojaribu katika eneo hili. Aina mseto za Peugeot zimekuwa zikitumia viboreshaji nguvu kwa miaka mingi, kama vile modeli za seli za mafuta za hidrojeni za Toyota na Honda. Watengenezaji wa Kichina na Kikorea wanaziweka kwenye mabasi ya umeme na malori. Na mwaka jana, Tesla alinunua Maxwell Electronics, mojawapo ya watengenezaji wakubwa zaidi duniani wa supercapacitor, ishara ya uhakika kwamba angalau Elon Musk anaamini katika siku zijazo za teknolojia.

Ukweli 7 wa ufahamu wa washambuliaji

1 Jinsi betri zinavyofanya kazi

Teknolojia ya betri ni mojawapo ya mambo ambayo tumeichukulia kwa muda mrefu bila kufikiria jinsi inavyofanya kazi. Watu wengi hufikiria kwamba tunapochaji, sisi "humwaga" umeme kwenye betri, kama maji kwenye glasi.

Lakini betri haihifadhi umeme moja kwa moja, lakini huizalisha tu inapohitajika na mmenyuko wa kemikali kati ya elektrodi mbili na umajimaji (mara nyingi) unaozitenganisha, unaoitwa elektroliti. Katika mmenyuko huu, kemikali ndani yake hubadilishwa kuwa wengine. Wakati wa mchakato huu, umeme hutolewa. Wanapobadilishwa kabisa, majibu huacha - betri hutolewa.

Walakini, na betri zinazoweza kuchajiwa, majibu yanaweza pia kutokea kwa mwelekeo tofauti - unapoichaji, nishati huanza mchakato wa nyuma, ambao hurejesha kemikali asilia. Hii inaweza kurudiwa mamia au maelfu ya nyakati, lakini bila shaka kuna hasara. Baada ya muda, vitu vya vimelea hujenga juu ya electrodes, hivyo maisha ya betri ni mdogo (kawaida mzunguko wa 3000 hadi 5000).

2 Jinsi capacitors hufanya kazi

Hakuna athari za kemikali zinazofanyika kwenye condenser. Shtaka chanya na hasi hutengenezwa peke na umeme wa tuli. Ndani ya capacitor kuna mabamba mawili ya chuma yaliyotenganishwa na nyenzo ya kuhami iitwayo dielectri.

Kuchaji ni sawa na kusugua mpira kwenye sweta ya sufu ili iweke na umeme tuli. Mashtaka mazuri na hasi hujilimbikiza kwenye bamba, na kitenganishi kati yao, ambacho huwazuia wasiwasiliane, kwa kweli ni njia ya kuhifadhi nishati. Capacitor inaweza kushtakiwa na kuruhusiwa hata mara milioni bila kupoteza uwezo.

3 Je, ni supercapacitors gani

Capacitors ya kawaida ni ndogo sana kuhifadhi nishati - kawaida hupimwa katika microfarads (mamilioni ya farads). Hii ndiyo sababu supercapacitors ziligunduliwa katika miaka ya 1950. Katika anuwai zao kubwa zaidi za viwandani, zinazotengenezwa na kampuni kama Maxwell Technologies, uwezo hufikia faradi elfu kadhaa, ambayo ni, 10-20% ya uwezo wa betri ya lithiamu-ion.

4 Jinsi watendaji wakuu wanavyofanya kazi

Tofauti na capacitors ya kawaida, hakuna dielectric. Badala yake, sahani mbili zinaingizwa kwenye electrolyte na kutengwa na safu nyembamba sana ya kuhami. Uwezo wa supercapacitor kweli huongezeka kadiri eneo la sahani hizi linavyoongezeka na umbali kati yao unapungua. Ili kuongeza eneo la uso, kwa sasa zimepakwa vinyweleo kama vile nanotubes za kaboni (vidogo sana hivi kwamba bilioni 10 kati yao hutoshea katika sentimita moja ya mraba). Kitenganishi kinaweza kuwa na unene wa molekuli moja tu na safu ya graphene.

Ili kuelewa tofauti, ni bora kufikiria umeme kama maji. Capacitor rahisi basi ingekuwa kama kitambaa cha karatasi ambacho kinaweza kunyonya kiasi kidogo. Supercapacitor ni sifongo jikoni katika mfano.

Betri 5: Faida na hasara

Betri zina faida moja kubwa - wiani mkubwa wa nishati, ambayo huwawezesha kuhifadhi kiasi kikubwa cha nishati katika hifadhi ndogo.

Walakini, pia wana shida nyingi - uzani mzito, maisha mafupi, malipo ya polepole na kutolewa kwa nishati polepole. Aidha, metali zenye sumu na vitu vingine vya hatari hutumiwa kwa uzalishaji wao. Betri zinafaa tu juu ya safu nyembamba ya joto, kwa hivyo mara nyingi zinahitaji kupozwa au joto, kupunguza ufanisi wao wa juu.

6 Supercapacitors: Faida na hasara

Supercapacitors ni nyepesi zaidi kuliko betri, maisha yao ni ya muda mrefu zaidi, hauhitaji vitu vyenye hatari, huchaji na kutoa nishati karibu mara moja. Kwa kuwa karibu hawana upinzani wa ndani, hawatumii nishati kufanya kazi - ufanisi wao ni 97-98%. Supercapacitors hufanya kazi bila upungufu mkubwa katika safu nzima kutoka -40 hadi +65 digrii Celsius.

Ubaya ni kwamba huhifadhi nishati kidogo sana kuliko betri za lithiamu-ion.

7 Yaliyomo mpya

Hata supercapacitors za kisasa zaidi haziwezi kuchukua nafasi kabisa ya betri kwenye gari za umeme. Lakini wanasayansi wengi na kampuni za kibinafsi zinafanya kazi kuziboresha. Kwa mfano, nchini Uingereza, Superdielectrics inafanya kazi na nyenzo iliyotengenezwa awali kwa utengenezaji wa lensi za mawasiliano.

Skeleton Technologies inafanya kazi na graphene, aina ya allotropic ya kaboni. Safu moja unene wa atomi moja ina nguvu mara 100 kuliko chuma chenye nguvu nyingi, na gramu 1 tu yake inaweza kufunika mita za mraba 2000. Kampuni hiyo iliweka graphene supercapacitors katika vani za kawaida za dizeli na kupata akiba ya 32% ya mafuta.

Licha ya ukweli kwamba wasaidizi wakuu bado hawawezi kuchukua nafasi ya betri kabisa, leo kuna hali nzuri katika ukuzaji wa teknolojia hii.

Maswali na Majibu:

Je, supercapacitor inafanya kazi gani? Inafanya kazi kwa njia sawa na capacitor yenye uwezo wa juu. Ndani yake, umeme hukusanywa kutokana na static wakati wa polarization ya electrolyte. Ingawa ni kifaa cha kielektroniki, hakuna athari ya kemikali hufanyika.

Supercapacitor ni ya nini? Supercapacitors hutumiwa kwa kuhifadhi nishati, kuanzia motors, katika magari ya mseto, kama vyanzo vya sasa vya muda mfupi.

Je, supercapacitor ni tofauti na aina tofauti za betri? Betri ina uwezo wa kuzalisha umeme yenyewe kupitia mmenyuko wa kemikali. Supercapacitor hujilimbikiza tu nishati iliyotolewa.

Supercapacitor inatumika wapi? Capacitors ya uwezo wa chini hutumiwa katika vitengo vya flash (kutolewa kikamilifu) na katika mfumo wowote unaohitaji idadi kubwa ya mzunguko wa kutokwa / malipo.