211service.com
Ultrakondensatory zwiększające zasięg samochodów elektrycznych
Startup o nazwie Nanotun twierdzi, że jego technologia ultrakondensatorów może sprawić, że samochody elektryczne będą tańsze i zwiększyć ich zasięg. Firma z siedzibą w Mountain View w Kalifornii opracowała sposób na wytwarzanie elektrod, dzięki którym powstają ultrakondensatory o pojemności od pięciu do siedmiu razy większej niż konwencjonalne.
Gąbka energetyczna: Mikrografia pokazuje porowatą strukturę nowego materiału elektrody, która pomaga zwiększyć pojemność ultrakondensatorów.
Konwencjonalne ultrakondensatory, które mają tę zaletę, że zapewniają szybkie przypływy energii i mogą być ładowane setki tysięcy razy bez utraty dużej pojemności, są zbyt drogie i przechowują zbyt mało energii, aby wymienić baterie.
Jednak Nanotune, który zebrał 3 miliony dolarów od firmy kapitału wysokiego ryzyka Draper Fisher Jurvetson, twierdzi, że jego ultrakondensatory są bliskie konkurowania z bateriami pod względem magazynowania energii i wkrótce mogą je przewyższyć. Używając konwencjonalnego elektrolitu, firma wykazała magazynowanie energii na poziomie 20 watogodzin na kilogram, w przeciwieństwie do około pięciu watogodzin w przypadku konwencjonalnego ultrakondensatora. Używając droższego elektrolitu w postaci cieczy jonowej, wyprodukowała ultrakondensatory, które przechowują 35 watogodzin na kilogram. Do końca roku firma ma nadzieję podwoić tę pojemność magazynową, mówi dyrektor generalny Nanotune, Kuan-Tsae Huang. Przy 40 watogodzinach na kilogram, ultrakondensatory byłyby ulepszeniem w stosunku do akumulatorów stosowanych w niektórych pojazdach hybrydowych.
W ostatnich miesiącach kilka startupów ogłosiło, że wykorzystują nanotechnologię do tworzenia lepszych ultrakondensatorów. Każdy z nich ma nadzieję, że pomoże rozwiązać jeden z największych problemów dzisiejszych samochodów elektrycznych: wysoki koszt akumulatorów i ograniczoną pojemność. Na przykład Nissan, aby uczynić swojego elektrycznego Leafa przystępnym cenowo, musiał ograniczyć rozmiar zestawu akumulatorów, co skutkowało zasięgiem zaledwie 73 mil.
Jednym z powodów, dla których systemy akumulatorowe są tak drogie i nieporęczne, jest to, że akumulatory ulegają degradacji w miarę użytkowania, zwłaszcza gdy są wystawione na działanie ekstremalnych temperatur — dlatego producenci samochodów często wyposażają je w systemy chłodzenia i ogrzewania oraz dodają dodatkowe ogniwa, aby zrównoważyć utratę wydajności nadgodziny. Ultrakondensatory mogą obejść ten problem, ponieważ można je ładować bez degradacji i mogą działać dobrze w szerokim zakresie temperatur.
W końcu, mówi Huang, być może uda się wyprodukować ultrakondensatory, które przechowują 500 watogodzin na kilogram – około trzy do czterech razy więcej niż akumulatory litowo-jonowe używane obecnie w samochodach. Praktyczna korzyść mogłaby być jeszcze większa. Samochody są często projektowane tak, aby zużywały tylko połowę pojemności ich akumulatorów, aby zapobiec ich degradacji. Można jednak wykorzystać prawie całą pojemność ultrakondensatora.
Technologia Nanotune jest teraz bardzo droga — od 2400 do 6000 dolarów za kilowatogodzinę. (Departament Energii zaproponował cel 250 USD za kilowatogodzinę, aby pojazdy elektryczne były konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych). Nanotune twierdzi jednak, że jego koszty mogą spaść do mniej niż 150 USD za kilowatogodzinę, jeśli ceny niektórych kluczowych materiały, takie jak elektrolity, nadal spadają, a produkcja wzrasta.
Prognozy firmy dotyczące magazynowania energii opierają się na kilku postępach, nad którymi pracuje. Nanotune obecnie produkuje elektrody z porami o średnicy około 4 do 5 nanometrów, ale twierdzi, że może je zmniejszyć (wysoka porowatość prowadzi do dużej powierzchni, co umożliwia przechowywanie dużej ilości ładunku) i dostroić je do siebie potrzeby różnych elektrolitów — materiałów przewodzących jony, w których zanurzone są elektrody.
Firma rozważa również stosowanie cieczy jonowych zamiast konwencjonalnych elektrolitów organicznych. Zwiększają one napięcie systemu, znacznie zwiększając magazynowanie energii, ale zazwyczaj nie są kompatybilne z konwencjonalnymi elektrodami ultrakondensatorowymi. Wreszcie firma ma nadzieję wykorzystać ostatnie odkrycia naukowe, które sugerują, że dodanie niewielkich ilości rutenu do ultrakondensatorów może zwiększyć magazynowanie energii.
Nanotune nie jest pierwszą firmą, która twierdzi, że jest w stanie produkować ultrakondensatory o bardzo wysokim zużyciu energii. Inni uznali tę obietnicę za trudną do spełnienia. Zwiększenie powierzchni może tylko w niewielkim stopniu poprawić zdolność magazynowania, ponieważ w pewnym momencie magazynowanie jest ograniczone przez jony w elektrolicie. Ciecze jonowe pomagają w tym, ale mają znaczne wady, mówi Joel Schindall , profesor elektrotechniki i informatyki na MIT. (Firma o nazwie Systemy FastCap , który opracowuje ultrakondensatory wykorzystujące nanorurki węglowe, został wycięty z jego laboratorium). Po pierwsze są bardzo drogie, a niektóre działają dobrze tylko w ograniczonym zakresie temperatur, co czyni je niepraktycznymi dla samochodów.
Schindall twierdzi jednak, że Nanotune może nie spełnić swoich bardzo wysokich celów energetycznych i nadal poprawiać konkurencyjność pojazdów elektrycznych i hybryd. Biorąc pod uwagę trwałość ultrakondensatorów, nawet osiągnięcie przechowywania energii na poziomie 100 watogodzin na kilogram — zbliżonego do akumulatorów litowo-jonowych — byłoby fantastyczne.