Autotechnika szakfolyóirat
Autotechnika szakfolyóirat
2022. november | Olvasson bele!

Szuperkondenzátorok akkumulátorok helyett?

hirdetés

A szuperkondenzátorok olyan elektromos tárolóeszközök, amelyek az akkumulátorok és a kondenzátorok által az energia tárolására használt elektrosztatikus és elektrokémiai elveket egyaránt kihasználják. A szuperkondenzátorok nagyon gyorsan újratölthetők és nagy mennyiségű energiát szabadítanak fel. Az autópiacon energiatartalomban még nem tudják felvenni a versenyt a Li-ion akkumulátorokkal, de kapacitásuk évről évre javul. Kiegészítő eszközként már használják a fékezésből származó energia tárolására és az ütemesebb gyorsulások során a szükséges löket biztosítására, végső soron a jármű hatékonyságának növelésére.

A környezeti hatásokkal és az erőforrás-fenntarthatósággal kapcsolatos aggodalmak a belső égésű motorok helyett az elektromos meghajtású alternatívák felé terelgetik az átállást. Ez várhatóan a közúti szállítással kapcsolatos iparágakra lesz a legnagyobb hatással, amelyek több mint száz éve elsősorban belső égésű motorokra támaszkodnak. A teljesen elektromos járművek (EV) és a hibrid elektromos járművek (HEV) már egyre népszerűbbek, és egyes vélekedések szerint várhatóan 2038 körül ezek képviselik majd az új autók piacának nagy részét. Vannak más alternatívák a piacon, amelyek hatással lesznek többek között az elektromos járművek jövőbeni változataira is.  Például a vezető nélküli technológiák, valamint a hálózati infrastruktúra és más tömegközlekedési rendszerek, például a kötött pályás eszközök és a buszok fejlődése. Egyesek azt jósolják, hogy ezek gyorsító hatással lesznek majd az elektromobilitás terjedésére.

Fogyasztói szemmel nézve minden vásárlásnál a legfőbb szempontok a bekerülési és a majdani üzemeltetési költségek. Az elektromos járművekben a jármű legdrágább alkatrésze az akkumulátor, pontosabban az alkalmazott elektromos energiatároló rendszer, az eszközökben tárolt energiaegységenkénti költség kritikus hatással lesz az elektromos járművek piacára.

A megfelelő hatótávolságon túl a fogyasztók a jármű gyors és könnyű „tankolását” is meghatározó szempontnak tartják, a benzinkutakon megszokott kényelmi szint alap szempont, az ennek történő megfeleltetés vagy idő túllépés az elektromos járművek konfigurációjában továbbra is kihívást jelent. A legújabb gyorstöltési lehetőséggel akár 8 óráról mindössze 30 percre csökken a töltési idő. Ennek ellenére még ezzel az opcionális extrával is körülbelül hatszor több a feltöltések száma, mint egy belső égésű motor esetén. Ideális esetben a rendszernek elegendő energiát kell tárolnia ahhoz, hogy elfogadható hatótávolsága legyen, de képesnek kell lennie a gyorstöltéshez kapcsolódó teljesítményszintek kezelésére is.

A szuperkondenzátorok az akkumulátoroktól eltérően nem vegyi anyagok formájában tárolják az energiát, hanem az elektromosságot statikus állapotban tárolják, mivel nincs átalakítás gyorsabban tölthetőek és kisüthetőek, mint az akkumulátorok. A lítium-ion akkumulátorok cellarétegek felhasználásával működnek, pozitív és negatív elektródákkal, amelyeket elektrolit választ el. Töltést generálnak, amikor a lítium-ionok kisüléskor negatívból pozitívba mozdulnak el, töltéskor pedig fordítva történik. A kondenzátorok viszont statikus állapotban tárolják az elektromosságot, ahelyett, hogy a kémiai reakciókban „lezárva” hagynák - ami óriási lehetőséget jelenthet az elektromos autók élettartamának növelésében, valamint a lítium-ion energiacellák használatának környezeti hatásainak csökkentésében.

hirdetés

A szuperkondenzátor egyszerűen egy nagyobb kondenzátor nagyobb elektródalemezekkel és kisebb elektródák közötti távolsággal (nem használ dielektrikumot!), ami lehetővé teszi jelentősebb mennyiségű töltés tárolását elektromos potenciális energia formájában. A szuperkondenzátor nem használ dielektrikumot; ehelyett a porózus elektródalemezeket elektrolitba áztatják, és nagyon vékony elválasztóanyaggal választják el egymástól. Amikor töltést vezetnek át az elektródákon, a bennük lévő atomok polarizálódnak – pozitív vagy negatív töltést adva az elektródáknak.

Szuperkondenzátorok már léteznek a regeneratív fékrendszerrel rendelkező autókban. Ez a kémiai reakció alapú akkumulátoroknál nagyobb teljesítménysűrűségüknek köszönhető, amely lehetővé teszi számukra az elektromos áram gyors tárolását és kisütését, így képesek pl. könnyen összegyűjteni a fékezés során keletkező energiát, majd gyorsításkor gyorsan felszabadítani azt, vagy olyan extra energiát/gyorsítóerőt biztosítani, amelyet a hidrogén-üzemanyagcellák egyedül nehezen teljesítenének.

Jelenleg két fő probléma van a szuperkondenzátorokkal: a szuperkondenzátorok nagy mennyiségű energiát tudnak felvenni és leadni, gyorsabban, mint a lítium-ion akkumulátorok – de jelenleg nem tudnak annyit tárolni. A második probléma a szuperkondenzátorok állapotában a kisülés, vagy az az idő, ameddig képesek töltést tartani. Jelenleg a szuperkondenzátorok nem képesek olyan sokáig tölteni, mint egy lítium-ion akkumulátor. Ha például egy szuperkondenzátoros autót a garázsban hagynunk egy hétre, valószínűleg lemerülve találjuk mikor visszatérünk. A gyors töltés megoldhatja ezt a problémát, de gondoskodni kell arról, hogy kéznél legyen egy gyorstöltő, amely elegendő áramerősséggel rendelkezik ahhoz, hogy a szuperkondenzátor által kezelt magas töltést biztosítsa.

A nehézségek ellenére a megoldás már tökéletesen illeszkedik a hibrid hajtásláncokba. A szuperkondenzátorokat már használják hibrid buszok tápegységeinek gyors töltésére, miközben azok megállóról megállóra haladnak – de az olyan autógyártók, mint a Lamborghini, azt kommunikálják, hogy komoly plusz teljesítményt képesek biztosítani.

Várható, hogy idővel a töltőállomásokon szuperkondenzátoros töltőpontok működnek majd, és általuk működtetett vezeték nélküli töltőpadok jelennek meg, melyek percek alatt képesek feltölteni egy autót.

a téma iránt mélyebben érdeklődők az alábbi Eaton videóval is bővíthetik ismereteiket szuperkondenzátor témában:


Tetszett a cikk?

hirdetés

hirdetés