슈퍼 커패시터가 전기 자동차의 배터리를 대체 할 수 있습니까?

전기 자동차와 하이브리드는 차량 진화의 새로운 라운드로서 현대 자동차 운전자의 마음에 확고하게 뿌리를두고 있습니다. ICE 장착 모델과 비교할 때 이러한 차량에는 고유 한 장점과 단점이 있습니다.

장점은 항상 조용한 작동과 운전 중 오염이 없다는 것입니다 (오늘날 전기 자동차 용 배터리 하나를 생산하면 단일 디젤 엔진으로 30 년 이상 작동하는 환경을 오염시킵니다).

전기 자동차의 가장 큰 단점은 배터리를 충전해야한다는 것입니다. 이와 관련하여 주요 자동차 제조업체는 배터리 수명을 늘리고 충전 간격을 늘리는 방법에 대한 다양한 옵션을 개발하고 있습니다. 이러한 옵션 중 하나는 슈퍼 커패시터를 사용하는 것입니다.

새로운 자동차 산업인 Lamborghini Sian의 예를 사용하여 이 기술을 고려하십시오. 이 개발의 장점과 단점은 무엇입니까?

전기 자동차 시장의 새로운 기능

Lamborghini가 하이브리드를 출시하기 시작하면 Toyota Prius의 더 강력한 버전이 아니라는 확신을 가질 수 있습니다.

이탈리아 전기 화 회사의 데뷔작 인 시안은 리튬 이온 배터리 대신 슈퍼 커패시터를 사용한 최초의 양산 하이브리드 자동차 (무려 63 대) 다.

많은 물리학 자들과 엔지니어들은 그들이 리튬 이온 배터리가 아닌 거대한 전기 이동성의 열쇠를 쥐고 있다고 믿습니다. Sian은 이것을 사용하여 전기를 저장하고 필요할 때 작은 전기 모터에 공급합니다.

슈퍼 커패시터의 장점

슈퍼 커패시터는 대부분의 최신 배터리보다 훨씬 빠르게 에너지를 충전하고 방출합니다. 또한 용량 손실없이 훨씬 더 많은 충전 및 방전주기를 견딜 수 있습니다.

Sian의 경우 슈퍼 커패시터는 기어 박스에 통합 된 25 킬로와트 전기 모터를 구동합니다. 6,5 마력 12 리터 V785 내연 기관에 추가적인 부스트를 제공하거나 주차와 같은 저속 기동 중에 스포츠카를 스스로 운전할 수 있습니다.

충전 속도가 매우 빠르기 때문에이 하이브리드는 벽면 콘센트 나 충전 스테이션에 꽂을 필요가 없습니다. 슈퍼 커패시터는 차량이 제동 할 때마다 완전히 충전됩니다. 배터리 하이브리드는 또한 제동 에너지 회수 기능이 있지만 느리고 전기 주행 거리를 연장하는 데 부분적으로 만 도움이됩니다.

수퍼커패시터에는 또 다른 매우 큰 비장의 카드가 있습니다. 무게입니다. Lamborghini Sian에서 전기 모터와 커패시터를 포함한 전체 시스템의 무게는 34kg에 불과합니다. 이 경우 출력 증가는 33,5마력입니다. 비교를 위해 Renault Zoe 배터리(136마력 포함)의 무게만 약 400kg입니다.

슈퍼 커패시터의 단점

물론 슈퍼커패시터도 배터리에 비해 단점이 있다. 시간이 지남에 따라 에너지가 훨씬 더 많이 축적됩니다. Sian이 일주일 동안 타지 않으면 커패시터에 에너지가 남아 있지 않습니다. 그러나이 문제에 대한 가능한 해결책도 있습니다. 람보르기니는 MIT(Massachusetts Institute of Technology)와 협력하여 유명한 Terzo Millenio(Third Millennium) 개념인 슈퍼 커패시터를 기반으로 하는 순수 전기 모델을 만들고 있습니다.

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그런데, 폭스바겐 그룹의 후원을 받는 람보르기니만이 이 분야에서 실험하는 유일한 회사는 아닙니다. 푸조 하이브리드 모델은 Toyota 및 Honda의 수소 연료 전지 모델과 마찬가지로 수년 동안 슈퍼 커패시터를 사용해 왔습니다. 중국과 한국 제조사들이 전기 버스와 트럭에 설치하고 있다. 그리고 작년에 Tesla는 세계 최대의 슈퍼커패시터 제조업체 중 하나인 Maxwell Electronics를 인수했습니다. 이는 적어도 Elon Musk가 기술의 미래를 믿는다는 확실한 신호입니다.

슈퍼 커패시터 이해를위한 7 가지 주요 사실

1 배터리 작동 원리

배터리 기술은 작동 방식에 대해 생각하지 않고 오랫동안 당연하게 여겨온 것 중 하나입니다. 대부분의 사람들은 충전할 때 유리잔에 물을 붓는 것처럼 단순히 전기를 배터리에 "부어" 넣는다고 생각합니다.

그러나 배터리는 전기를 직접 저장하지 않고 두 전극 사이의 화학 반응과 두 전극을 분리하는 유체(가장 일반적으로)(전해액이라고 함)에 의해 필요할 때만 전기를 생성합니다. 이 반응에서 화학 물질이 다른 화학 물질로 변환됩니다. 이 과정에서 전기가 발생합니다. 완전히 전환되면 반응이 멈추고 배터리가 방전됩니다.

그러나 충전식 배터리를 사용하면 반응이 반대 방향으로도 일어날 수 있습니다. 충전하면 에너지가 역 과정을 시작하여 원래 화학 물질을 복원합니다. 이것은 수백, 수천 번 반복될 수 있지만 필연적으로 손실이 발생합니다. 시간이 지남에 따라 전극에 기생 물질이 축적되어 배터리 수명이 제한됩니다(일반적으로 3000~5000회).

2 커패시터의 작동 원리

콘덴서에서 화학 반응이 일어나지 않습니다. 양전하와 음전하는 전적으로 정전기에 의해 생성됩니다. 커패시터 내부에는 유전체라고하는 절연 물질로 분리 된 두 개의 전도성 금속판이 있습니다.

충전은 공을 모직 스웨터에 문지르는 것과 매우 유사하여 정전기에 달라 붙습니다. 양전하와 음전하가 플레이트에 축적되고, 플레이트 사이의 분리기가 접촉을 방지하는 것은 실제로 에너지를 저장하는 수단입니다. 커패시터는 용량 손실없이 백만 번도 충전 및 방전 할 수 있습니다.

3 슈퍼 커패시터 란?

기존 커패시터는 에너지를 저장하기에는 너무 작습니다. 일반적으로 마이크로패럿(수백만 패럿)으로 측정됩니다. 이것이 1950년대에 슈퍼커패시터가 발명된 이유입니다. Maxwell Technologies와 같은 회사에서 제조한 가장 큰 산업 변형에서 용량은 수천 패럿, 즉 리튬 이온 배터리 용량의 10-20%에 이릅니다.

4 슈퍼 커패시터의 작동 원리

기존 커패시터와 달리 유전체가 없습니다. 대신, 두 개의 판이 전해질에 잠겨 있고 매우 얇은 절연층으로 분리되어 있습니다. 슈퍼 커패시터의 커패시턴스는 이러한 플레이트의 면적이 증가하고 플레이트 사이의 거리가 감소함에 따라 실제로 증가합니다. 표면적을 늘리기 위해 현재 탄소 나노튜브와 같은 다공성 물질로 코팅되어 있습니다. 분리기는 그래핀 층이 있는 단 하나의 분자 두께일 수 있습니다.

차이점을 이해하려면 전기를 물로 생각하는 것이 가장 좋습니다. 그런 다음 간단한 커패시터는 제한된 양을 흡수 할 수있는 종이 타월과 같습니다. 슈퍼 커패시터는 예제에서 주방 스폰지입니다.

5 배터리 : 장점과 단점

배터리에는 한 가지 중요한 이점이 있습니다. 높은 에너지 밀도로 인해 작은 저장소에 상대적으로 많은 양의 에너지를 저장할 수 있습니다.

그러나 무거운 무게, 제한된 수명, 느린 충전 및 상대적으로 느린 에너지 방출과 같은 많은 단점도 있습니다. 또한 독성 금속 및 기타 위험한 물질이 생산에 사용됩니다. 배터리는 좁은 온도 범위에서만 효율적이므로 종종 냉각 또는 가열이 필요하므로 높은 효율이 떨어집니다.

6 수퍼 커패시터 : 장단점

슈퍼커패시터는 배터리보다 훨씬 가볍고 수명이 비교할 수 없을 정도로 길고 유해 물질이 필요하지 않으며 거의 ​​즉시 에너지를 충전 및 방출합니다. 내부 저항이 거의 없기 때문에 작동하는 데 에너지를 소비하지 않습니다. 효율성은 97-98%입니다. 슈퍼커패시터는 섭씨 -40도에서 +65도 사이의 전체 범위에서 큰 편차 없이 작동합니다.

단점은 리튬 이온 배터리보다 훨씬 적은 에너지를 저장한다는 것입니다.

7 새로운 콘텐츠

가장 진보 된 최신 슈퍼 커패시터조차도 전기 자동차의 배터리를 완전히 대체 할 수 없습니다. 그러나 많은 과학자와 민간 기업이이를 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 영국에서 Superdielectrics는 원래 콘택트 렌즈 생산을 위해 개발 된 재료로 작업하고 있습니다.

Skeleton Technologies는 탄소의 동소체 형태인 그래핀을 연구하고 있습니다. 원자 100개 두께의 한 층은 고강도 강철보다 1배 더 강하고 2000g만으로도 32제곱미터를 덮을 수 있습니다. 이 회사는 기존 디젤 밴에 그래핀 슈퍼커패시터를 설치하고 XNUMX%의 연료 절감을 달성했습니다.

슈퍼 커패시터가 배터리를 완전히 대체 할 수 없다는 사실에도 불구하고 오늘날이 기술의 발전에 긍정적 인 추세가 있습니다.

질의 응답 :

슈퍼 커패시터는 어떻게 작동합니까? 고용량 커패시터와 같은 방식으로 작동합니다. 그 안에 전해질의 분극 동안 정전기로 인해 전기가 축적됩니다. 전기화학소자임에도 불구하고 화학반응이 일어나지 않는다.

슈퍼 커패시터는 무엇을 위한 것입니까? 슈퍼커패시터는 단기 전류원으로 하이브리드 차량에서 모터를 시동하고 에너지를 저장하는 데 사용됩니다.

슈퍼커패시터는 다른 유형의 배터리와 어떻게 다릅니까? 배터리는 화학 반응을 통해 스스로 전기를 생산할 수 있습니다. 슈퍼커패시터는 방출된 에너지만 축적합니다.

슈퍼 커패시터는 어디에 사용됩니까? 저용량 커패시터는 플래시 장치(완전 방전) 및 많은 수의 방전/충전 주기가 필요한 시스템에 사용됩니다.