Супер конденсатор нь цахилгаан автомашины батерейг сольж чадах уу?

Цахилгаан автомашин ба эрлийз нь орчин үеийн тээврийн хэрэгслийн оюун ухаанд тээврийн хэрэгслийн хувьслын шинэ эргэлт болж бат бэх суурьшиж байна. ICE тоноглогдсон загваруудтай харьцуулахад эдгээр тээврийн хэрэгсэл нь өөрийн гэсэн давуу болон сул талуудтай байдаг.

Давуу талууд нь чимээгүй ажиллагаа, жолоодлогын үеэр бохирдолгүй байх явдал юм (гэхдээ өнөөдөр цахилгаан автомашинд зориулж нэг зай үйлдвэрлэх нь хүрээлэн буй орчныг нэг дизель хөдөлгүүрийн 30 гаруй жилийн турш бохирдуулдаг).

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн гол сул тал бол зайг цэнэглэх хэрэгцээ юм. Үүнтэй холбогдуулан тэргүүлэх автомашин үйлдвэрлэгчид батерейны насыг хэрхэн нэмэгдүүлэх, цэнэгийн хоорондын зайг нэмэгдүүлэх талаар янз бүрийн хувилбаруудыг боловсруулж байна. Эдгээр сонголтуудын нэг нь суперконденсатор ашиглах явдал юм.

Lamborghini Sian хэмээх шинэ автомашины үйлдвэрлэлийн жишээг ашиглан энэхүү технологийг авч үзье. Энэхүү хөгжлийн давуу болон сул тал нь юу вэ?

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн зах зээл дээрх шинэ

Lamborghini хайбрид гаргаж эхэлмэгц энэ нь Toyota Prius -ийн илүү хүчирхэг хувилбар биш гэдэгт итгэлтэй байж болно.

Италийн цахилгаанжуулалт хийдэг компанийн дебют болох Sian бол лити-ион батерейны оронд супер конденсаторыг ашиглаж байсан анхны үйлдвэрлэлийн эрлийз машин (асар их 63 ширхэг) юм.

Олон физикч, инженерүүд литийн-ион батерей гэхээсээ илүү олон нийтийн цахилгаан хөдөлгөөний түлхүүрийг эзэмшдэг гэж үздэг. Сиан эдгээрийг цахилгаан эрчим хүчийг хадгалах, шаардлагатай бол жижиг цахилгаан мотордоо тэжээхэд ашигладаг.

Супер конденсаторын давуу талууд

Супер конденсатор нь ихэнх орчин үеийн батерейгаас хамаагүй хурдан цэнэглэж, энерги ялгаруулдаг. Нэмж дурдахад тэдгээр нь хүчин чадлаа алдалгүйгээр илүү их цэнэглэх, цэнэглэх мөчлөгийг тэсвэрлэж чаддаг.

Sian-ийн хувьд супер конденсатор нь хурдны хайрцагт суурилуулсан 25 киловатт цахилгаан хөдөлгүүрийг жолооддог. Энэ нь 6,5 морины хүчтэй 12 литрийн багтаамжтай V785 дотоод шаталтат хөдөлгүүрт нэмэлт түлхэц өгөх эсвэл зогсоол зэрэг бага хурдтай маневр хийхэд спорт машиныг өөрөө жолоодох боломжтой юм.

Цэнэглэх нь маш хурдан тул энэ эрлийзийг хананы залгуур эсвэл цэнэглэх станцад залгах шаардлагагүй болно. Машины тоормослох бүрт супер конденсаторыг бүрэн цэнэглэдэг. Зайны эрлийзүүд нь тоормосны энергийг сэргээдэг боловч удаан бөгөөд зөвхөн цахилгаан хязгаарыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг.

Суперконденсатор нь бас нэг том хөшүүрэгтэй: жин. Lamborghini Sian-д бүхэл систем нь цахилгаан мотор, конденсатор нь зөвхөн 34 кг жин нэмдэг. Энэ тохиолдолд эрчим хүчний өсөлт нь 33,5 морины хүчтэй. Харьцуулбал, Renault Zoe батерей нь дангаараа (136 морины хүчтэй) ойролцоогоор 400 кг жинтэй.

Супер конденсаторын сул талууд

Мэдээжийн хэрэг, суперконденсаторууд нь батерейтай харьцуулахад сул талуудтай байдаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд тэд эрчим хүчийг улам дордуулдаг - хэрвээ Сиан долоо хоног унаагүй бол конденсаторт энерги үлдэхгүй. Гэхдээ энэ асуудлыг шийдэх боломжит хувилбарууд бас бий. Lamborghini компани Массачусетсийн Технологийн Институттай (MIT) хамтран ажиллаж, алдарт Terzo Millenio (Гурав дахь мянганы) үзэл баримтлал болох суперконденсатор дээр суурилсан цэвэр цахилгаан загвар бүтээхээр ажиллаж байна.

бст

Дашрамд дурдахад, Фольксваген группын ивээл дор байдаг Lamborghini компани энэ чиглэлээр туршилт хийж байгаа цорын ганц компани биш юм. Peugeot hybrid загварууд нь олон жилийн турш суперконденсаторыг ашиглаж ирсэн бөгөөд Toyota болон Honda-ийн устөрөгчийн түлшний эсийн загварууд. Хятад, Солонгосын үйлдвэрлэгчид цахилгаан автобус, ачааны машинд суурилуулж байна. Мөн өнгөрсөн жил Тесла дэлхийн хамгийн том суперконденсатор үйлдвэрлэгчдийн нэг Максвелл Электрониксыг худалдаж авсан нь ядаж Илон Маск технологийн ирээдүйд итгэж байгаагийн баталгаа юм.

Супер конденсаторыг ойлгоход зориулсан 7 гол баримт

1 Батерей хэрхэн ажилладаг талаар

Батерейны технологи нь бидний удаан хугацааны туршид хэрхэн ажилладаг талаар бодохгүйгээр энгийн зүйл гэж үздэг зүйлсийн нэг юм. Ихэнх хүмүүс цэнэглэхдээ бид зүгээр л шилэнд ус шиг цахилгааныг батарей руу "цутгадаг" гэж төсөөлдөг.

Гэхдээ батерей нь цахилгааныг шууд хуримтлуулдаггүй бөгөөд зөвхөн хоёр электрод ба тэдгээрийг салгах шингэн (ихэнхдээ) электролитийн хоорондох химийн урвалын үр дүнд шаардлагатай үед л үүсгэдэг. Энэ урвалд агуулагдах химийн бодисууд нь бусад бодис руу хувирдаг. Энэ процессын явцад цахилгаан эрчим хүч үүсдэг. Тэдгээрийг бүрэн хувиргах үед урвал зогсдог - зай цэнэггүй болно.

Гэсэн хэдий ч цэнэглэдэг батерейны хувьд урвал нь эсрэг чиглэлд ч тохиолдож болно - үүнийг цэнэглэхэд энерги нь урвуу процессыг эхлүүлж, анхны химийн бодисыг сэргээдэг. Энэ нь хэдэн зуу, хэдэн мянган удаа давтагдаж болох ч алдагдал хүлээх нь гарцаагүй. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам шимэгч бодисууд электродууд дээр хуримтлагддаг тул батерейны ашиглалтын хугацаа хязгаарлагдмал байдаг (ихэвчлэн 3000-5000 цикл).

2 Конденсатор хэрхэн ажилладаг талаар

Конденсаторт химийн урвал явагдахгүй. Эерэг ба сөрөг цэнэгийг зөвхөн статик цахилгаан эрчим хүчээр үүсгэдэг. Конденсатор дотор диэлектрик хэмээх тусгаарлагч материалаар тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагч металл хавтан байдаг.

Цэнэглэх нь бөмбөлгийг ноосон цамц руу үрэх нь статик цахилгаантай наалдахтай маш төстэй юм. Эерэг ба сөрөг цэнэгүүд ялтсуудад хуримтлагддаг бөгөөд тэдгээрийн хоорондох тусгаарлагч нь холбоо барихаас сэргийлдэг нь үнэндээ энерги хадгалах хэрэгсэл юм. Конденсаторыг хүчин чадлаа алдалгүйгээр сая ч удаа цэнэглэж, цэнэглэх боломжтой.

3 Супер конденсатор гэж юу вэ

Ердийн конденсаторууд нь эрчим хүчийг хадгалахад хэтэрхий жижиг байдаг - ихэвчлэн микрофарадаар хэмжигддэг (сая фарад). Тийм ч учраас 1950-иад онд суперконденсаторыг зохион бүтээсэн. Maxwell Technologies зэрэг компаниудын үйлдвэрлэсэн хамгийн том үйлдвэрлэлийн хувилбаруудын хувьд хүчин чадал нь хэдэн мянган фарад, өөрөөр хэлбэл лити-ион батерейны хүчин чадлын 10-20% -д хүрдэг.

4 Супер конденсатор хэрхэн ажилладаг талаар

Ердийн конденсаторуудаас ялгаатай нь диэлектрик байхгүй. Үүний оронд хоёр хавтанг электролитэд дүрж, маш нимгэн тусгаарлагч давхаргаар тусгаарлана. Эдгээр ялтсуудын талбай нэмэгдэж, тэдгээрийн хоорондох зай багасч байгаа тул суперконденсаторын багтаамж үнэхээр нэмэгддэг. Гадаргууг нэмэгдүүлэхийн тулд тэдгээрийг нүүрстөрөгчийн нано гуурс гэх мэт сүвэрхэг материалаар бүрсэн (маш жижигхэн тул тэдгээрийн 10 тэрбум нь нэг квадрат см-т багтах болно). Тусгаарлагч нь зөвхөн нэг молекул зузаантай, графены давхаргатай байж болно.

Үүний ялгааг ойлгохын тулд цахилгаан эрчим хүчийг ус гэж үзэх нь дээр. Энгийн конденсатор нь хязгаарлагдмал хэмжээгээр шингээж авах боломжтой цаасан алчуур шиг байх болно. Супер конденсатор нь жишээн дэх гал тогооны хөвөн юм.

5 зай: давуу ба сул талууд

Батерей нь нэг чухал давуу талтай байдаг - эрчим хүчний өндөр нягтрал нь жижиг усан санд харьцангуй их хэмжээний эрчим хүч хадгалах боломжийг олгодог.

Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бас олон сул талуудтай байдаг - хүнд жин, хязгаарлагдмал ашиглалтын хугацаа, удаан цэнэглэлт, харьцангуй удаан энерги ялгаруулдаг. Үүнээс гадна хорт металл болон бусад аюултай бодисыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Батерей нь зөвхөн нарийн температурын хязгаарт үр ашигтай байдаг тул ихэвчлэн хөргөх эсвэл халаах шаардлагатай байдаг тул өндөр үр ашгийг бууруулдаг.

6 супер конденсатор: давуу ба сул талууд

Суперконденсаторууд нь батерейгаас хамаагүй хөнгөн, ашиглалтын хугацаа нь зүйрлэшгүй урт, ямар ч аюултай бодис шаарддаггүй, бараг тэр дороо цэнэглэж, энерги ялгаруулдаг. Тэд бараг дотоод эсэргүүцэлгүй тул ажиллахын тулд эрчим хүч зарцуулдаггүй - үр ашиг нь 97-98% байна. Суперконденсаторууд нь -40-аас +65 градусын температурт мэдэгдэхүйц хазайлтгүйгээр ажилладаг.

Сул тал нь лити-ион батерейгаас хамаагүй бага энерги хуримтлуулдагт оршино.

7 Шинэ агуулга

Орчин үеийн хамгийн дэвшилтэт супер конденсатор ч гэсэн цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерейг бүрэн орлож чадахгүй. Гэхдээ олон эрдэмтэн, хувийн компаниуд тэдгээрийг сайжруулахаар ажиллаж байна. Жишээлбэл, Их Британид Superdielectrics нь контакт линз үйлдвэрлэхэд зориулж анх боловсруулсан материалаар ажилладаг.

Skeleton Technologies компани нүүрстөрөгчийн аллотроп хэлбэр болох графентай хамтран ажиллаж байна. Нэг атомын зузаантай нэг давхарга нь өндөр бат бэх гангаас 100 дахин бат бөх бөгөөд ердөө 1 грамм нь 2000 квадрат метр талбайг хамарч чаддаг. Тус компани ердийн дизель фургонд графен суперконденсатор суурилуулж, түлшний хэмнэлтийг 32% болгожээ.

Супер конденсатор нь батерейг бүрэн орлож чадахгүй ч гэсэн өнөөдөр энэхүү технологийг хөгжүүлэх эерэг хандлага ажиглагдаж байна.

Асуултууд ба хариултууд:

Суперконденсатор хэрхэн ажилладаг вэ? Энэ нь өндөр хүчин чадалтай конденсатортой ижил аргаар ажилладаг. Үүний дотор электролитийн туйлшралын үед статикаас болж цахилгаан хуримтлагддаг. Хэдийгээр энэ нь цахилгаан химийн төхөөрөмж боловч химийн урвал явагддаггүй.

Суперконденсатор юунд зориулагдсан вэ? Суперконденсаторыг богино хугацааны гүйдлийн эх үүсвэр болгон эрчим хүч хадгалах, хөдөлгүүрийг эхлүүлэх, эрлийз тээврийн хэрэгсэлд ашигладаг.

Суперконденсатор нь янз бүрийн төрлийн батерейнаас юугаараа ялгаатай вэ? Батерей нь химийн урвалаар өөрөө цахилгаан үүсгэх чадвартай. Суперконденсатор нь зөвхөн ялгарсан энергийг хуримтлуулдаг.

Суперконденсаторыг хаана ашигладаг вэ? Бага хүчин чадалтай конденсаторыг флэш нэгжид (бүрэн цэнэггүй болсон) болон олон тооны цэнэгийн цэнэгийн цикл шаарддаг аливаа системд ашигладаг.