211service.com
Ultrakondenzátory pro zvýšení dojezdu elektrických vozů
Volal se startup Nanotune říká, že jeho technologie ultrakondenzátorů by mohla zlevnit elektromobily a prodloužit jejich dojezd. Společnost se sídlem v Mountain View v Kalifornii vyvinula způsob výroby elektrod, jehož výsledkem jsou ultrakondenzátory s pěti až sedminásobnou úložnou kapacitou než konvenční.
Energetická houba: Mikrofotografie ukazuje porézní strukturu nového elektrodového materiálu, který pomáhá zvýšit akumulační kapacitu ultrakondenzátorů.
Konvenční ultrakondenzátory, které mají tu výhodu, že poskytují rychlé návaly energie a lze je dobíjet statisícekrát bez ztráty velké kapacity, jsou příliš drahé a ukládají příliš málo energie na výměnu baterií.
Společnost Nanotune, která získala 3 miliony dolarů od společnosti s rizikovým kapitálem Draper Fisher Jurvetson, však tvrdí, že její ultrakondenzátory jsou v oblasti skladování energie blízko konkurenci s bateriemi a brzy by je mohly překonat. Pomocí konvenčního elektrolytu společnost prokázala akumulaci energie 20 watthodin na kilogram, na rozdíl od zhruba pěti watthodin u běžného ultrakondenzátoru. Pomocí dražšího iontově kapalného elektrolytu vyrobila ultrakondenzátory, které uchovávají 35 watthodin na kilogram. Do konce roku společnost doufá, že tuto kapacitu úložiště přibližně zdvojnásobí, říká Kuan-Tsae Huang, generální ředitel Nanotune. Při 40 watthodinách na kilogram by ultrakondenzátory byly zlepšením oproti bateriím používaným v některých hybridních vozidlech.
V posledních měsících několik startupů oznámilo, že používají nanotechnologii k výrobě lepších ultrakondenzátorů. Každý z nich doufá, že pomůže vyřešit jeden z největších problémů dnešních elektromobilů: vysokou cenu jejich baterií a omezenou skladovací kapacitu. Například Nissan, aby byl jeho elektrický Leaf dostupný, musel omezit velikost baterie, což vedlo k dojezdu pouhých 73 mil.
Jedním z důvodů, proč jsou bateriové systémy tak drahé a objemné, je to, že se baterie při používání degradují, zvláště když jsou vystaveny extrémním teplotám – takže je výrobci automobilů často rozšiřují o chladicí a topné systémy a přidávají další bateriové články, aby kompenzovaly ztráty výkonu. přesčas. Ultrakondenzátory by mohly tento problém obejít, protože je lze dobíjet bez degradace a mohou dobře fungovat v širokém rozsahu teplot.
Nakonec, říká Huang, může být možné vyrobit ultrakondenzátory, které udrží 500 watthodin na kilogram – asi třikrát až čtyřikrát více než lithium-iontové baterie používané v dnešních autech. Praktický přínos by mohl být ještě větší. Auta jsou často konstruována tak, aby využívala pouze polovinu skladovací kapacity svých baterií, aby nedošlo k jejich degradaci. Lze však využít téměř veškerou úložnou kapacitu ultrakondenzátoru.
Technologie Nanotune je nyní velmi drahá – mezi 2 400 a 6 000 $ za kilowatthodinu. (Ministerstvo energetiky navrhlo cíl 250 USD za kilowatthodinu, aby byla elektrická vozidla konkurenceschopná s konvenčními.) Nanotune však říká, že jeho náklady by mohly klesnout na méně než 150 USD za kilowatthodinu, pokud by ceny některých klíčových materiály, jako jsou elektrolyty, nadále klesají a jak se výroba zvětšuje.
Projekce společnosti týkající se skladování energie jsou založeny na několika pokrokech, na kterých pracuje. Nanotune v současné době vyrábí elektrody s póry o průměru asi 4 až 5 nanometrů, ale říká, že je dokáže zmenšit (vysoká pórovitost vede k velkému povrchu, což umožňuje uložit velké množství náboje) a vyladit je tak, aby odpovídaly potřeby různých elektrolytů – iontově vodivých materiálů, do kterých jsou elektrody ponořeny.
Společnost také zvažuje použití iontových kapalin spíše než konvenčních organických elektrolytů. Ty zvyšují napětí systému, čímž výrazně zvyšují akumulaci energie, ale obvykle nejsou kompatibilní s konvenčními ultrakondenzátorovými elektrodami. Nakonec společnost doufá, že využije nedávné akademické poznatky, které naznačují, že přidání malého množství ruthenia do ultrakondenzátorů může zvýšit ukládání energie.
Nanotune není první společností, která tvrdí, že dokáže vyrábět ultrakondenzátory s velmi vysokou akumulací energie. Pro ostatní bylo obtížné splnit tento slib. Zvětšení povrchové plochy může zlepšit akumulační kapacitu jen natolik, protože v určitém okamžiku je ukládání omezeno ionty v elektrolytu. Iontové kapaliny s tím pomáhají, ale mají značné nedostatky, říká Joel Schindall , profesor elektrotechniky a informatiky na MIT. (Společnost tzv FastCap systémy , která vyvíjí ultrakondenzátory využívající uhlíkové nanotrubice, byla vyřazena z jeho laboratoře.) Jednak jsou velmi drahé a některé fungují dobře pouze v omezeném teplotním rozsahu, takže jsou pro auta nepraktické.
Schindall však říká, že Nanotune může zaostávat za svými velmi vysokými energetickými cíli a přesto může zlepšit konkurenceschopnost elektrických vozidel a hybridů. Vzhledem k odolnosti ultrakondenzátorů by bylo fantastické i dosažení akumulace energie 100 watthodin na kilogram – což je blízko u lithium-iontových baterií.