スーパーキャパシターは電気自動車のバッテリーを置き換えることができますか？

電気自動車とハイブリッドは、自動車の進化における新しいラウンドとして、現代のドライバーの心にしっかりと根付いています。 ICE搭載モデルと比較すると、これらの車両にはそれぞれ長所と短所があります。

利点には、常に静かな動作と、運転中の汚染がないことが含まれます（ただし、今日、電気自動車用に30つのバッテリーを作成すると、単一のディーゼルエンジンをXNUMX年以上運転して環境が汚染されます）。

電気自動車の主な欠点は、バッテリーを充電する必要があることです。 これに関連して、大手自動車メーカーは、バッテリー寿命を延ばし、充電間隔を延ばす方法についてさまざまなオプションを開発しています。 これらのオプションのXNUMXつは、スーパーキャパシタの使用です。

新しい自動車産業の例であるランボルギーニシアンを使用して、このテクノロジーを検討してください。 この開発の長所と短所は何ですか？

電気自動車市場の新製品

ランボルギーニがハイブリッドの展開を開始するとき、それがトヨタプリウスのより強力なバージョンであるだけではないので安心することができます。

イタリアの電化会社のデビューであるSianは、リチウムイオン電池の代わりにスーパーコンデンサーを使用した最初の量産ハイブリッドカー（なんと63台）です。

多くの物理学者やエンジニアは、リチウムイオン電池ではなく、大量の電気的可動性の鍵を握っていると信じています。 Sianはこれらを使用して電気を蓄え、必要に応じて小さな電気モーターに供給します。

スーパーコンデンサーの利点

スーパーコンデンサーは、ほとんどの最新のバッテリーよりもはるかに速くエネルギーを充電および放出します。 さらに、容量を失うことなく、大幅に多くの充電および放電サイクルに耐えることができます。

Sianの場合、スーパーコンデンサーはギアボックスに組み込まれている25キロワットの電気モーターを駆動します。 6,5馬力の12リッターV785内燃焼エンジンに追加のブーストを提供するか、駐車などの低速操作中にスポーツカーを単独で運転することができます。

充電は非常に速いため、このハイブリッドを壁のコンセントや充電ステーションに接続する必要はありません。 スーパーコンデンサーは、車両がブレーキをかけるたびに完全に充電されます。 バッテリーハイブリッドにもブレーキエネルギー回収がありますが、それは遅く、電気範囲を拡張するのに部分的にしか役立ちません。

スーパーキャパシタには、もう 34 つの非常に大きな切り札があります。重量です。 ランボルギーニ シアンでは、システム全体 (電気モーターとコンデンサー) の重量増加はわずか 33,5 kg です。 この場合、パワーの増加は136馬力です。 ちなみに、ルノー・ゾーイのバッテリー単体（400馬力）の重量は約XNUMXkg。

スーパーコンデンサーのデメリット

もちろん、スーパーキャパシタにはバッテリーに比べて欠点もあります。 時間が経つにつれて、彼らはエネルギーをさらに蓄積します.SianがXNUMX週間乗っていない場合、コンデンサにはエネルギーが残っていません. しかし、この問題には解決策も考えられます。 ランボルギーニは、マサチューセッツ工科大学 (MIT) と協力して、有名なテルゾ ミレニオ (サード ミレニアム) コンセプトであるスーパーキャパシタに基づく純粋な電気モデルを作成しています。

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ちなみに、フォルクスワーゲン グループの傘下にあるランボルギーニだけが、この分野で実験を行っているわけではありません。 プジョーのハイブリッド モデルは、トヨタやホンダの水素燃料電池モデルと同様に、何年にもわたってスーパーキャパシタを使用してきました。 中国と韓国のメーカーは、電気バスやトラックにそれらを搭載しています。 そして昨年、Tesla は世界最大のスーパーキャパシタ メーカーの XNUMX つである Maxwell Electronics を買収しました。

スーパーコンデンサーを理解するための7つの重要な事実

1バッテリーのしくみ

電池技術は、私たちが長い間、その仕組みを考えずに当然のことと考えてきたものの XNUMX つです。 ほとんどの人は、充電するとき、グラスに水を入れるように、バッテリーに電気を「注ぐ」だけだと想像しています。

しかし、バッテリーは電気を直接蓄えるのではなく、XNUMX つの電極とそれらを分離する電解質と呼ばれる液体 (最も一般的には) の間の化学反応によって、必要なときにのみ電気を発生させます。 この反応では、その中の化学物質が他のものに変換されます。 この過程で電気が発生します。 それらが完全に変換されると、反応が停止します-バッテリーは放電されます。

ただし、充電式バッテリーの場合、反応は逆方向にも発生する可能性があります。充電すると、エネルギーが逆のプロセスを開始し、元の化学物質が復元されます。 これは何百回、何千回と繰り返される可能性がありますが、必然的に損失が発生します。 時間の経過とともに寄生物質が電極に蓄積するため、バッテリーの寿命は制限されます (通常 3000 ～ 5000 サイクル)。

2コンデンサのしくみ

コンデンサー内で化学反応は起こりません。 正と負の電荷は、もっぱら静電気によって生成されます。 コンデンサーの内部には、誘電体と呼ばれる絶縁材料で分離されたXNUMX枚の導電性金属プレートがあります。

充電は、ボールをウールのセーターにこすりつけて静電気に付着するのと非常によく似ています。 正と負の電荷がプレートに蓄積し、それらが接触するのを防ぐそれらの間のセパレーターは、実際にはエネルギーを蓄える手段です。 コンデンサは、容量を失うことなく、XNUMX万回でも充電および放電できます。

3スーパーコンデンサーとは

従来のコンデンサは小さすぎてエネルギーを蓄えられません。通常、マイクロファラッド (数百万ファラッド) 単位で測定されます。 これが、1950 年代にスーパーキャパシタが発明された理由です。 Maxwell Technologies などの企業によって製造された最大の産業用バリアントでは、容量は数千ファラッドに達します。つまり、リチウム イオン バッテリーの容量の 10 ～ 20% です。

4スーパーコンデンサのしくみ

従来のコンデンサとは異なり、誘電体がありません。 代わりに、10 つのプレートは電解質に浸され、非常に薄い絶縁層で分離されます。 これらのプレートの面積が増加し、それらの間の距離が減少するにつれて、スーパーキャパシタの静電容量は実際に増加します。 表面積を増やすために、現在はカーボンナノチューブなどの多孔質材料でコーティングされています (非常に小さいため、XNUMX 平方 cm に XNUMX 億個が収まります)。 セパレーターは、グラフェンの層で XNUMX 分子の厚さしかありません。

違いを理解するには、電気を水と考えるのが最善です。 単純なコンデンサは、限られた量を吸収できる紙のタオルのようなものになります。 スーパーキャパシタは、この例ではキッチンスポンジです。

5つのバッテリー：長所と短所

バッテリーには大きな利点が XNUMX つあります。エネルギー密度が高いため、小さなリザーバーに比較的大量のエネルギーを蓄えることができます。

ただし、重量が重い、寿命が短い、充電が遅い、エネルギー放出が比較的遅いなど、多くの欠点もあります。 さらに、有毒金属やその他の危険物質が製造に使用されています。 バッテリーは狭い温度範囲でしか効率的ではないため、多くの場合、冷却または加熱する必要があり、高い効率が低下します。

6つのスーパーキャパシタ：長所と短所

スーパーキャパシタはバッテリーよりもはるかに軽く、その寿命は比類のないほど長く、有害物質を必要とせず、ほぼ瞬時にエネルギーを充電および放出します。 内部抵抗がほとんどないため、機能するためにエネルギーを消費しません。効率は 97 ～ 98% です。 スーパーキャパシタは、摂氏 -40 度から +65 度の範囲全体で大きな偏差なしに動作します。

欠点は、リチウムイオン電池よりもはるかに少ないエネルギーを蓄えることです。

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最新のスーパーコンデンサーでさえ、電気自動車のバッテリーを完全に置き換えることはできません。 しかし、多くの科学者や民間企業がそれらの改善に取り組んでいます。 たとえば、英国では、Superdielectricsはもともとコンタクトレンズの製造用に開発された材料を使用しています。

Skeleton Technologies は、炭素の同素体であるグラフェンに取り組んでいます。 100 原子の厚さの 1 つの層は、高強度鋼の 2000 倍の強度があり、32 グラムで XNUMX 平方メートルを覆うことができます。 同社は従来のディーゼル バンにグラフェン スーパーキャパシタを搭載し、XNUMX% の燃料節約を達成しました。

スーパーコンデンサーがバッテリーを完全に置き換えることはできないという事実にもかかわらず、今日、この技術の開発には前向きな傾向があります。

質問と回答：

スーパーキャパシタはどのように機能しますか？ 大容量コンデンサと同じように動作します。 その中で、電解質の分極の間に静電気のために電気が蓄積されます。 電気化学装置ですが、化学反応は起こりません。

スーパーキャパシタとは何ですか？ スーパーキャパシターは、短期間の電流源として、ハイブリッド車のエネルギー貯蔵、モーターの始動に使用されます。

スーパーキャパシタは、さまざまな種類のバッテリーとどのように異なりますか？ 電池は化学反応により自力で発電することができます。 スーパーキャパシタは、放出されたエネルギーのみを蓄積します。

スーパーキャパシタはどこで使用されていますか？ 低容量コンデンサは、フラッシュユニット（完全放電）および多数の放電/充電サイクルを必要とするシステムで使用されます。