A all uwch-gynwysyddion ailosod batris mewn cerbydau trydan?

Mae ceir trydan a hybrid wedi'u gwreiddio'n gadarn ym meddyliau'r modurwr modern fel rownd newydd yn esblygiad cerbydau. O'u cymharu â modelau â chyfarpar ICE, mae gan y cerbydau hyn eu manteision a'u hanfanteision eu hunain.

Mae'r manteision bob amser yn cynnwys gweithrediad tawel, yn ogystal ag absenoldeb llygredd wrth yrru (er heddiw, mae gwneud un batri ar gyfer cerbyd trydan yn llygru'r amgylchedd fwy na 30 mlynedd o weithredu un injan diesel).

Prif anfantais cerbydau trydan yw'r angen i wefru'r batri. Mewn cysylltiad â hyn, mae gwneuthurwyr ceir blaenllaw yn datblygu amryw opsiynau ar gyfer sut i gynyddu oes y batri a chynyddu'r cyfwng rhwng taliadau. Un o'r opsiynau hyn yw'r defnydd o uwch-gynwysyddion.

Ystyriwch y dechnoleg hon gan ddefnyddio enghraifft diwydiant ceir newydd - Lamborghini Sian. Beth yw manteision ac anfanteision y datblygiad hwn?

Newydd yn y farchnad cerbydau trydan

Pan fydd Lamborghini yn dechrau cyflwyno hybrid, gallwch fod yn dawel eich meddwl na fydd yn fersiwn fwy pwerus o'r Toyota Prius yn unig.

Sian, ymddangosiad cyntaf y cwmni trydaneiddio Eidalaidd, yw'r car hybrid cynhyrchu cyntaf (whopping 63) i ddefnyddio uwch-gynwysyddion yn lle batris lithiwm-ion.

Mae llawer o ffisegwyr a pheirianwyr yn credu eu bod yn allweddol i symudedd trydanol torfol, yn hytrach na batris lithiwm-ion. Mae Sian yn defnyddio'r rhain i storio trydan ac, os oes angen, i'w fwydo i'w fodur trydan bach.

Manteision uwch-gynwysyddion

Mae uwch-gynwysyddion yn gwefru ac yn rhyddhau egni yn gynt o lawer na'r mwyafrif o fatris modern. Yn ogystal, gallant wrthsefyll cryn dipyn yn fwy o gylchoedd gwefru a rhyddhau heb golli capasiti.

Yn achos Sian, mae'r supercapacitor yn gyrru modur trydan 25 cilowat sydd wedi'i ymgorffori yn y blwch gêr. Gall naill ai roi hwb ychwanegol i'r injan hylosgi mewnol 6,5 litr V12 785 marchnerth, neu yrru'r car chwaraeon ar ei ben ei hun yn ystod symudiadau cyflym fel parcio.

Gan fod y gwefru'n gyflym iawn, nid oes angen plygio'r hybrid hwn i mewn i allfa wal neu orsaf wefru. Codir tâl llawn ar uwch-gynwysyddion bob tro y mae'r cerbyd yn brecio. Mae hybridau batri hefyd yn adfer egni brecio, ond mae'n araf a dim ond yn rhannol mae'n helpu i ymestyn yr ystod drydan.

Mae gan y supercapacitor gerdyn trwmp mawr iawn arall: pwysau. Yn y Lamborghini Sian, mae'r system gyfan - y modur trydan a'r cynhwysydd - yn ychwanegu dim ond 34 cilogram at y pwysau. Yn yr achos hwn, y cynnydd mewn pŵer yw 33,5 marchnerth. Er mwyn cymharu, mae batri Renault Zoe yn unig (gyda 136 marchnerth) yn pwyso tua 400kg.

Anfanteision uwch-gynwysyddion

Wrth gwrs, mae gan supercapacitors anfanteision o gymharu â batris hefyd. Dros amser, maent yn cronni egni yn llawer gwaeth - os nad yw Sian wedi marchogaeth am wythnos, nid oes unrhyw egni ar ôl yn y cynhwysydd. Ond mae yna hefyd atebion posibl i'r broblem hon. Mae Lamborghini yn gweithio gyda Sefydliad Technoleg Massachusetts (MIT) i greu model trydan pur yn seiliedig ar uwch-gynwysyddion, cysyniad enwog Terzo Millenio (Trydydd Mileniwm).

bst

Gyda llaw, nid Lamborghini, sydd dan adain y Volkswagen Group, yw'r unig gwmni sy'n arbrofi yn y maes hwn. Mae modelau hybrid Peugeot wedi bod yn defnyddio supercapacitors ers blynyddoedd, yn ogystal â modelau celloedd tanwydd hydrogen Toyota a Honda. Mae gweithgynhyrchwyr Tsieineaidd a Corea yn eu gosod mewn bysiau a thryciau trydan. A'r llynedd, prynodd Tesla Maxwell Electronics, un o wneuthurwyr supercapacitor mwyaf y byd, arwydd sicr bod Elon Musk o leiaf yn credu yn nyfodol y dechnoleg.

7 ffaith allweddol ar gyfer deall uwch-gynwysyddion

1 Sut mae batris yn gweithio

Mae technoleg batri yn un o'r pethau rydyn ni wedi'u cymryd yn ganiataol ers amser maith heb feddwl sut mae'n gweithio. Mae'r rhan fwyaf o bobl yn dychmygu, wrth wefru, ein bod ni'n "arllwys" trydan i'r batri, fel dŵr i mewn i wydr.

Ond nid yw batri yn storio trydan yn uniongyrchol, ond dim ond pan fo angen adwaith cemegol rhwng dau electrod a hylif (yn fwyaf cyffredin) sy'n ei gynhyrchu, sy'n eu gwahanu, a elwir yn electrolyt. Yn yr adwaith hwn, mae'r cemegau sydd ynddo yn cael eu trosi i rai eraill. Yn ystod y broses hon, mae trydan yn cael ei gynhyrchu. Pan fyddant yn cael eu trawsnewid yn llwyr, mae'r adwaith yn stopio - mae'r batri yn cael ei ollwng.

Fodd bynnag, gyda batris y gellir eu hailwefru, gall yr adwaith hefyd ddigwydd i'r cyfeiriad arall - pan fyddwch chi'n ei wefru, mae'r egni'n cychwyn y broses wrthdroi, sy'n adfer y cemegau gwreiddiol. Gall hyn gael ei ailadrodd gannoedd neu filoedd o weithiau, ond yn anochel mae colledion. Dros amser, mae sylweddau parasitig yn cronni ar yr electrodau, felly mae bywyd batri yn gyfyngedig (fel arfer 3000 i 5000 o gylchoedd).

2 Sut mae cynwysyddion yn gweithio

Nid oes unrhyw adweithiau cemegol yn digwydd yn y cyddwysydd. Mae gwefrau positif a negyddol yn cael eu cynhyrchu gan drydan statig yn unig. Y tu mewn i'r cynhwysydd mae dau blât metel dargludol wedi'u gwahanu gan ddeunydd inswleiddio o'r enw dielectric.

Mae codi tâl yn debyg iawn i rwbio pêl i mewn i siwmper wlân fel ei bod yn glynu wrth drydan statig. Mae gwefrau cadarnhaol a negyddol yn cronni yn y platiau, ac mae'r gwahanydd rhyngddynt, sy'n eu hatal rhag dod i gysylltiad, mewn gwirionedd yn fodd i storio egni. Gellir gwefru a gollwng y cynhwysydd hyd yn oed miliwn o weithiau heb golli capasiti.

3 Beth yw uwch-gynwysyddion

Mae cynwysyddion confensiynol yn rhy fach i storio ynni - fel arfer yn cael ei fesur mewn microfarads (miliynau o farads). Dyna pam y cafodd supercapacitors eu dyfeisio yn y 1950au. Yn eu hamrywiadau diwydiannol mwyaf, a weithgynhyrchir gan gwmnïau megis Maxwell Technologies, mae'r gallu yn cyrraedd sawl mil o farads, hynny yw, 10-20% o gapasiti batri lithiwm-ion.

4 Sut mae uwch-gynwysyddion yn gweithio

Yn wahanol i gynwysorau confensiynol, nid oes unrhyw dielectric. Yn lle hynny, mae'r ddau blât yn cael eu trochi mewn electrolyte a'u gwahanu gan haen inswleiddio denau iawn. Mae cynhwysedd supercapacitor mewn gwirionedd yn cynyddu wrth i arwynebedd y platiau hyn gynyddu ac wrth i'r pellter rhyngddynt leihau. Er mwyn cynyddu arwynebedd arwyneb, maent ar hyn o bryd wedi'u gorchuddio â deunyddiau mandyllog fel nanotiwbiau carbon (mor fach fel bod 10 biliwn ohonynt yn ffitio mewn un cm sgwâr). Gall y gwahanydd fod yn un moleciwl yn unig o drwch gyda haen o graphene.

Er mwyn deall y gwahaniaeth, mae'n well meddwl am drydan fel dŵr. Yna byddai cynhwysydd syml fel tywel papur a all amsugno swm cyfyngedig. Y supercapacitor yw sbwng y gegin yn yr enghraifft.

5 Batris: Manteision ac Anfanteision

Mae gan fatris un fantais sylweddol - dwysedd ynni uchel, sy'n caniatáu iddynt storio symiau cymharol fawr o ynni mewn cronfa ddŵr fach.

Fodd bynnag, mae ganddynt hefyd lawer o anfanteision - pwysau trwm, bywyd cyfyngedig, codi tâl araf a rhyddhau ynni yn gymharol araf. Yn ogystal, defnyddir metelau gwenwynig a sylweddau peryglus eraill ar gyfer eu cynhyrchu. Dim ond dros ystod tymheredd cul y mae batris yn effeithlon, felly yn aml mae angen eu hoeri neu eu gwresogi, gan leihau eu heffeithlonrwydd uchel.

6 Supercapacitors: Manteision ac Anfanteision

Mae supercapacitors yn llawer ysgafnach na batris, mae eu bywyd yn ddigyffelyb yn hirach, nid oes angen unrhyw sylweddau peryglus arnynt, maent yn codi tâl ac yn rhyddhau ynni bron yn syth. Gan nad oes ganddynt bron unrhyw wrthwynebiad mewnol, nid ydynt yn defnyddio ynni i weithredu - mae eu heffeithlonrwydd yn 97-98%. Mae supercapacitors yn gweithredu heb wyriadau sylweddol yn yr ystod gyfan o -40 i +65 gradd Celsius.

Yr anfantais yw eu bod yn storio cryn dipyn yn llai o egni na batris lithiwm-ion.

7 Cynnwys newydd

Ni all hyd yn oed yr uwch-gynwysyddion modern mwyaf datblygedig ddisodli batris mewn cerbydau trydan yn llwyr. Ond mae llawer o wyddonwyr a chwmnïau preifat yn gweithio i'w gwella. Er enghraifft, yn y DU, mae Superdielectrics yn gweithio gyda deunydd a ddatblygwyd yn wreiddiol ar gyfer cynhyrchu lensys cyffwrdd.

Mae Skeleton Technologies yn gweithio gyda graphene, ffurf allotropig o garbon. Mae un haen un atom o drwch 100 gwaith yn gryfach na dur cryfder uchel, a gall dim ond 1 gram ohono orchuddio 2000 metr sgwâr. Gosododd y cwmni gynwysyddion graphene super mewn faniau disel confensiynol a chyflawnodd arbedion tanwydd o 32%.

Er gwaethaf y ffaith na all uwch-gynwysyddion ddisodli batris yn llwyr, heddiw mae tuedd gadarnhaol yn natblygiad y dechnoleg hon.

Cwestiynau ac atebion:

Sut mae supercapacitor yn gweithio? Mae'n gweithio yn yr un modd â chynhwysydd cynhwysedd uchel. Ynddo, mae trydan yn cronni oherwydd statig yn ystod polareiddio'r electrolyte. Er ei fod yn ddyfais electrocemegol, nid oes adwaith cemegol yn digwydd ynddi.

Beth yw pwrpas supercapacitor? Defnyddir supercapacitors i storio ynni, cychwyn moduron, mewn cerbydau hybrid, fel ffynonellau cerrynt tymor byr.

Sut mae supercapacitor yn wahanol i wahanol fathau o fatris? Mae'r batri yn gallu cynhyrchu trydan ar ei ben ei hun trwy adwaith cemegol. Mae'r supercapacitor ond yn storio'r ynni a ryddhawyd.

Ble mae'r Ionistor yn cael ei ddefnyddio? Defnyddir cynwysyddion cynhwysedd isel mewn flashlights (gollyngiadau yn gyfan gwbl) ac mewn unrhyw system sy'n gofyn am nifer fawr o gylchoedd rhyddhau / gwefru.