Einzahlungsfotos
Ultrakondensatoren sind großartig. Aber könnten sie sie sinnvoll ersetzenBatterien in zukünftigen Elektrofahrzeugen?
Ultrakondensatoren haben gegenüber Batterien erhebliche Vorteile, schließlich sind sie viel leichter, schneller aufzuladen, sicherer und ungiftig. Es gibt jedoch einige Bereiche, in denen Batterien mit ihnen den Boden wischen. Zumindest vorerst.
VERBUNDEN: TESLA SCHLÄGT AUF „DURCHBRUCH“ BATTERIEINNOVATIONEN AN
Mit den jüngsten Übernahmen von Ultrakondensatorherstellern durch Tesla, könnten Ultrakondensatoren kurz vor der Verdrängung stehenBatterien als Stromquelle für Elektroautos.
Was ist ein Ultrakondensator?
Ultrakondensatoren, auch Superkondensatoren, Doppelschichtkondensatoren oder elektrochemische Kondensatoren genannt, sind eine Art Energiespeichersystem, das seit jeher gewinnt an Popularität in den letzten Jahren. Sie können als Kreuzung zwischen einem gewöhnlichen Kondensator und einer Batterie betrachtet werden, unterscheiden sich jedoch von beiden.
Ultrakondensatoren haben im Vergleich zu ihren herkömmlichen Alternativen eine sehr hohe Kapazität – daher der Name. Wie eine Batterie, Ultrakondensatorzellen haben eine positive und eine negative Elektrode, die durch einen Elektrolyten getrennt sind. Aber im Gegensatz zu Batterien speichern Ultrakondensatoren Energie elektrostatisch wie ein Kondensator und nicht chemisch wie eine Batterie.
Ultrakondensatoren haben auch einen dielektrischen Separator, der den Elektrolyten teilt - genau wie ein Kondensator. Diese interne Zellstruktur ermöglicht Ultrakondensatoren eine sehr hohe Energiespeicherdichte, insbesondere im Vergleich zu einem normalen Kondensator.
Ultrakondensatoren speichern weniger Energie als eine ähnlich große Batterie. Aber sie können ihre Energie viel schneller abgeben, da die Entladung nicht von einer chemischen Reaktion abhängt.
Ein weiterer großer Vorteil von Ultrakondensatoren besteht darin, dass sie ohne oder mit geringer Verschlechterung mehr als viele Male wieder aufgeladen werden können.1 Mio. Lade-/Entladezyklen sind keine Seltenheit.Dies liegt daran, dass beim Aufladen keine physikalischen oder chemischen Veränderungen auftreten.Werbung
Quelle:
Wie lade ich einen Ultrakondensator auf?
Wenn eine Spannungsdifferenz an die positiven und negativen Platten des Kondensators angelegt wird, beginnt er sich aufzuladen.
Laut Batterie-Universität, "Dies ist vergleichbar mit dem Aufbau elektrischer Ladung beim Gehen auf einem Teppich. Das Berühren eines Gegenstands löst die aus.Energie durch den Finger."Einige der allerersten Beispiele dieser Technologie wurden in den späten 1950er Jahren bei General Electric entwickelt, aber zu dieser Zeit gab es noch keine praktikablen kommerziellen Anwendungen. Es würde bis in die 1990er Jahre dauern, bis Fortschritte in der Materialwissenschaft und in der Fertigung die Leistung verbessertenvon Ultrakondensatoren und senken ihre Kosten so weit, dass sie kommerziell rentabel sind.
Werbung
Wie oben erwähnt,
Ultrakondensatoren arbeiten nach Liefert in Spitzenzeiten des Strombedarfs schnelle Energieschübe, dann fangen und speichern Sie schnell überschüssige Energie, die sonst verloren gehen könnte.Quelle:
hey sind ein tolles Kompliment für Primärenergieträger, da sie sich sehr schnell und effizient laden und entladen.Während b
Batterien können große Mengen an Energie speichern, ihre Aufladung dauert normalerweise Stunden. Im Gegensatz dazu laden sich Kondensatoren und insbesondere Ultrakondensatoren fast sofort auf, können jedoch nur geringe Energiemengen speichern.Aus diesem Grund sind Ultrakondensatoren die perfekte Lösung, wenn ein System es braucht
Laden schnell auf und müssen keinen Strom für längere Zeit speichern. Sie wiegen auch weniger als Batterien, kosten weniger und enthalten im Allgemeinen keine giftigen Metalle oder schädlichen Materialien.Werbung
Die Antwort auf diese Frage hängt sehr davon ab, wofür sie verwendet werden. Es gibt
Vor- und Nachteile zu jedem. Wie bereits erwähnt, haben Batterien eine viel höhere Energie Dichte als Ultrakondensatoren.Dies bedeutet, dass sie besser für Anwendungen mit höherer Energiedichte geeignet sind oder wenn ein Gerät für längere Zeit mit einer einzigen Ladung betrieben werden muss. Ultrakondensatoren haben eine viel höhere
Leistung Dichte als Batterien. Dies macht sie ideal für Anwendungen mit hohem Stromverbrauch wie den Antrieb eines Elektrofahrzeugs.Wie oben erwähnt, haben Ultrakondensatoren auch eine viel längere Lebensdauer als Batterien. Eine normale Batterie kann herumkommen.
2000-3000 Lade- und Entladezyklen, während Ultrakondensatoren normalerweise mehr als halten können1.000.000. Dies kann enorme Material- und Kosteneinsparungen bedeuten.Auszug aus:
Werbung
-40 bis +65 Grad Celsius.Ultrakondensatoren können auch viel schneller geladen und entladen werden als Batterien, normalerweise innerhalb von Sekunden, und sind bei der Selbstentladung viel effizienter als Batterien.
Viele Ultrakondensatoren
haben auch eine viel längere Haltbarkeit als Batterien. Einige, wie SkelCap-Zellen, können so lange gelagert werden 15 Jahre am Stück mit wenig bis gar keinem Kapazitätsverlust.Quelle:
Werbung
Könnten Ultrakondensatoren Batterien in zukünftigen Elektroautos ersetzen?
Wie wir gesehen haben, eignen sich Ultrakondensatoren am besten für Situationen, in denen viel Leistung in kurzer Zeit benötigt wird. In Bezug auf
von Elektroautos, das würde bedeuten, dass sie Vorteile gegenüber Batterien haben, wenn das Fahrzeug Energieschübe benötigt - wie beim Beschleunigen.Tatsächlich hat Toyota genau dies mit dem Yaris Hybrid-R-Konzeptfahrzeug getan, das einen Superkondensator für den Einsatz beim Beschleunigen verwendet.
PSA Peugeot Citroen
hat auch damit begonnen, Ultrakondensatoren als Teil seiner Start-Stopp-Kraftstoffsparsysteme einzusetzen. Dies ermöglicht eine viel schnellere Anfangsbeschleunigung.Das i-ELOOP-System von Mazda verwendet auch Ultrakondensatoren, um Energie während der Verzögerung zu speichern. Die gespeicherte Energie wird dann für die Stopp-Start-Systeme des Motors verwendet.
Werbung
Wenn Hybridenergie ausschließlich für die Leistung verwendet wird, sind Themen wie Reichweite und Ladefähigkeit nicht so wichtig – und so einige High-End-Hersteller wie
Lamborghini fangen auch an integrieren Superkondensator-betriebene E-Motoren in ihre Hybriden.Allerdings sind Ultrakondensatoren kein Ersatz für Batterien in den meisten Elektrofahrzeugen – noch nicht. Li-Ionen-Batterien werden wahrscheinlich in naher bis ferner Zukunft die bevorzugte Stromversorgung für Elektrofahrzeuge sein.
Viele glauben, dass es wahrscheinlicher ist, dass Ultrakondensatoren während des Abbremsens als Energierückgewinnungssysteme üblicher werden. Diese gespeicherte Energie kann dann während Beschleunigungsphasen wiederverwendet werden, anstatt Batterien direkt zu ersetzen.
Quelle:
laut dieser Studie, sie könnten anstelle von Batterien auch in Hybridfahrzeugen Anwendung finden, wenn „der Leistungsbedarf geringer ist als die Leistungsfähigkeit des Elektromotors; wenn der Leistungsbedarf des Fahrzeugs den des Elektromotors übersteigt, wird der Motor so betrieben, dass er die Leistung decktder Fahrzeugleistungsbedarf plus die Leistung zum Aufladen der Superkondensatoreinheit bereitzustellen."Jüngste Forschungen zu Superkondensatoren auf Graphenbasis könnten auch zu Fortschritten bei der Verwendung von Superkondensatoren in Elektroautos führen. Eine Studie von
Wissenschaftler der Rice University und der Queensland University of Technology führten zu zwei Veröffentlichungen in der Journal of Power Sources und Nanotechnologie.Sie schlugen eine Lösung vor, die aus zwei Graphenschichten mit einer dazwischenliegenden Elektrolytschicht besteht. Dieser resultierende Film ist stark, dünn und kann in kurzer Zeit große Energiemengen freisetzen.
Diese Faktoren sind selbstverständlich – es ist immerhin ein Superkondensator. Was diese Studie unterscheidet, ist, dass die Forscher vermuten, dass die neuen, dünneren Ultrakondensatoren sperrigere Batterien in zukünftigen Elektrofahrzeugen ersetzen könnten.
Dazu könnte auch die Integration der Ultrakondensatoren zum Beispiel in Karosseriebleche, Dachverkleidungen, Böden und sogar Türen gehören. Theoretisch könnte das Fahrzeug so mit der gesamten Energie versorgt werden, die es braucht, und es erheblich leichter machen als batteriebetriebene ElektroFahrzeuge.
Quelle:
"Man hofft, dass der Superkondensator in Zukunft so entwickelt wird, dass er mehr Energie speichert als ein Li-Ion-Akku, während er die Fähigkeit behält, seine Energie bis zu freizugeben
10 mal schneller – das heißt, das Auto könnte vollständig von den Superkondensatoren in seinen Karosserieteilen angetrieben werden“, sagte der Co-Autor der Studie, Jinzhang Liu."Nach einer vollständigen Aufladung sollte dieses Auto in der Lage sein, bis zu fahren
500km 310 Meilen - ähnlich einem benzinbetriebenen Auto und mehr als doppelt so hoch wie bei einem Elektroauto.“Interessante Zeiten, wie es scheint. Sehen Sie sich diesen Raum an.
Werbung