超級電容器可以代替電動汽車中的電池嗎？

電動汽車和混合動力汽車牢固地植根於現代駕駛者的思想中，作為汽車發展的新一輪。 與配備ICE的車型相比，這些車輛各有優缺點。

優點始終包括安靜的操作以及行駛過程中的無污染（儘管如今，為一輛電動汽車製造一個電池對單個柴油機運行超過30年會污染環境）。

電動汽車的主要缺點是需要給電池充電。 與此相關，領先的汽車製造商正在開發各種選擇，以增加電池壽命和延長充電間隔。 這些選擇之一是使用超級電容器。

以新的汽車行業蘭博基尼 Sian 為例，考慮這項技術。 這種發展的優點和缺點是什麼？

電動汽車市場的新事物

當蘭博基尼開始推出混合動力車時，您可以放心，它不僅僅是豐田普銳斯的更強大版本。

Sian是意大利電氣化公司的首次亮相，是首款使用超級電容器代替鋰離子電池的量產混合動力汽車（高達63輛）。

許多物理學家和工程師認為，它們是實現大規模電動移動性的關鍵，而不是鋰離子電池。 Sian用它們存儲電能，並在必要時將其饋送到他的小型電動機中。

超級電容器的優勢

超級電容器的充電和釋放能量比大多數現代電池快得多。 此外，它們可以承受更多的充放電循環而不會損失容量。

對於Sian，超級電容器驅動變速箱中內置的25千瓦電動機。 它可以為6,5馬力的12升V785內燃機提供額外的動力，也可以在低速操縱（例如停車）時自行駕駛跑車。

由於充電速度非常快，因此無需將此混合動力車插入牆上插座或充電站。 每次車輛制動時，超級電容器都會充滿電。 電池混合動力車還具有製動能量回收功能，但速度較慢，僅能部分幫助擴展電動範圍。

超級電容還有一個非常大的王牌：重量。 在蘭博基尼 Sian 中，整個系統——電動機加上電容器——僅增加了 34 公斤的重量。 在這種情況下，功率增加了33,5馬力。 相比之下，僅雷諾 Zoe 電池（136 馬力）就重約 400 公斤。

超級電容器的缺點

當然，與電池相比，超級電容也有劣勢。 隨著時間的推移，它們積累的能量會更糟——如果 Sian 一個星期沒有騎車，電容器中就沒有能量了。 但是這個問題也有可能的解決方案。 蘭博基尼正在與麻省理工學院（MIT）合作，打造一款基於超級電容器的純電動車型，即著名的 Terzo Millenio（第三個千年）概念。

BST

順便說一下，大眾汽車集團旗下的蘭博基尼並不是唯一一家在這一領域進行試驗的公司。 多年來，標致混合動力車型一直在使用超級電容器，豐田和本田的氫燃料電池車型也是如此。 中國和韓國製造商正在將它們安裝在電動公共汽車和卡車上。 去年，特斯拉收購了世界上最大的超級電容器製造商之一麥克斯韋電子公司，這是一個明確的跡象，表明至少埃隆馬斯克相信這項技術的未來。

了解超級電容器的7個關鍵事實

1電池的工作方式

電池技術是我們長期以來認為理所當然的事情之一，沒有考慮它是如何工作的。 大多數人認為，充電時，我們只是將電“倒入”電池中，就像將水倒入玻璃杯中一樣。

但是電池並不直接儲存電能，而是僅在需要時通過兩個電極之間的化學反應和將它們分開的液體（最常見）稱為電解質來產生。 在這個反應中，其中的化學物質被轉化為其他化學物質。 在此過程中，會產生電能。 當它們完全轉化時，反應停止——電池放電。

然而，對於可充電電池，反應也可能發生在相反的方向——當你給它充電時，能量開始反向過程，恢復原來的化學物質。 這可能會重複數百次或數千次，但不可避免地會有損失。 隨著時間的推移，寄生物質會積聚在電極上，因此電池壽命有限（通常為 3000 至 5000 次循環）。

2電容器的工作原理

冷凝器中沒有發生化學反應。 正電荷和負電荷僅由靜電產生。 電容器內部是被稱為電介質的絕緣材料隔開的兩個導電金屬板。

充電非常類似於將球揉入羊毛衫中，以使其附著靜電。 正電荷和負電荷積聚在板中，並且它們之間的防止其接觸的分隔器實際上是存儲能量的一種手段。 該電容器甚至可以充電和放電一百萬次，而不會損失容量。

3什麼是超級電容器

傳統的電容器太小而無法儲存能量——通常以微法拉（百萬法拉）來衡量。 這就是 1950 年代發明超級電容器的原因。 在由 Maxwell Technologies 等公司製造的最大工業變體中，容量達到數千法拉，即鋰離子電池容量的 10-20%。

4超級電容器的工作原理

與傳統電容器不同，它沒有電介質。 取而代之的是，將兩個板浸入電解質中並由非常薄的絕緣層隔開。 超級電容器的電容實際上隨著這些極板面積的增加和它們之間的距離的減小而增加。 為了增加表面積，它們目前塗有多孔材料，例如碳納米管（非常小，10 平方厘米可容納 XNUMX 億個）。 隔板可以只有一個分子厚，帶有一層石墨烯。

要了解差異，最好將電視為水。 這樣，一個簡單的電容器就像一塊可以吸收有限量的紙巾。 超級電容器是示例中的廚房海綿。

5種電池：優缺點

電池有一個顯著的優勢——高能量密度，這使得它們能夠在一個小的儲層中儲存相對大量的能量。

然而，它們也有很多缺點——重量大、壽命有限、充電慢和能量釋放相對較慢。 此外，有毒金屬和其他危險物質也用於其生產。 電池僅在很窄的溫度範圍內有效，因此它們通常需要冷卻或加熱，從而降低了它們的效率。

6種超級電容器：優點和缺點

超級電容器比電池輕得多，壽命長得多，不需要任何有害物質，幾乎可以瞬間充電和釋放能量。 由於它們幾乎沒有內阻，因此它們不消耗能量來運行——它們的效率為 97-98%。 超級電容器在 -40 到 +65 攝氏度的整個範圍內運行時沒有明顯偏差。

缺點是它們比鋰離子電池存儲的能量少得多。

7新內容

即使是最先進的現代超級電容器也無法完全替代電動汽車中的電池。 但是許多科學家和私人公司正在努力改善它們。 例如，在英國，Superdielectrics正在使用一種最初用於生產隱形眼鏡的材料。

Skeleton Technologies 正在研究石墨烯，這是碳的一種同素異形體。 一層原子厚的強度是高強度鋼的100倍，1克可以覆蓋2000平方米。 該公司在傳統柴油貨車中安裝了石墨烯超級電容器，實現了 32% 的節油效果。

儘管超級電容器仍然無法完全替代電池，但如今，該技術的發展呈現出積極的趨勢。

問題與解答：

超級電容器是如何工作的？ 它的工作方式與高電容電容器相同。 在其中，由於電解液極化過程中的靜電，電流會累積。 雖然它是一種電化學裝置，但其中不會發生化學反應。

超級電容器有什麼用？ 超級電容器用於儲能、啟動電機、混合動力汽車，作為短期電流源。

超級電容器與不同類型的電池有何不同？ 電池能夠通過化學反應自行發電。 超級電容器只儲存釋放的能量。

離子發生器在哪裡使用？ 低容量電容器用於手電筒（完全放電）和任何需要大量放電/充電循環的系統。