超级电容器可以代替电动汽车中的电池吗？

电动汽车和混合动力汽车牢固地植根于现代驾驶者的心中，作为汽车发展的新一轮。 如果将这些汽车与配备ICE的车型进行比较，它们各有优缺点。

优势始终包括安静的运行以及行驶过程中的无污染（尽管如今，为电动汽车生产一个电池污染了30多年的单柴油发动机运行环境）。

电动汽车的主要缺点是需要给电池充电。 与此相结合，领先的汽车制造商正在开发不同的选择，似乎是为了延长电池寿命并增加充电间隔。 一种这样的选择是使用超级电容器。

以新的汽车行业——兰博基尼 Sian 为例，考虑这项技术。 这种发展的优点和缺点是什么？

电动车市场的新事物

当兰博基尼开始推出混合动力车时，您可以放心，它不仅仅是丰田普锐斯的更强大版本。

Sian是意大利公司在电气化领域的首次亮相，它是第一款大规模生产的混合动力汽车（多达63份），其中使用超级电容器代替了锂离子电池。

许多物理学家和工程师认为，正是它们在其中而不是在锂离子电池中才是实现大规模电动迁移的关键。 西安航空使用这种方式来存储电力，并在必要时将其提供给小型电动机。

超级电容器的优势

与最现代的电池相比，超级电容器的充电和释放能量要快得多。 此外，它们可以承受更多的充放电循环而不会损失容量。

对于Sian，超级电容器驱动一个25千瓦的电动机，该电动机内置在变速箱中。 它可以增加6,5升V12 ICE的功率，提供785马力的功率，也可以在低速行驶时（例如在停车时）自行驾驶跑车。

由于充电非常快，因此该混合动力汽车无需连接至壁装电源插座或充电站。 每次汽车减速时，超级电容器都会充满电。 混合动力电池还具有制动能量回收功能，但速度较慢，仅能部分帮助延长电里程。

超级电容还有一个非常大的王牌：重量。 在兰博基尼 Sian 中，整个系统——电动机加上电容器——仅增加了 34 公斤的重量。 在这种情况下，功率增加了33,5马力。 相比之下，仅雷诺 Zoe 电池（136 马力）就重约 400 公斤。

超级电容器的缺点

当然，与电池相比，超级电容也有劣势。 随着时间的推移，它们积累的能量会更糟——如果 Sian 一个星期没有骑车，电容器中就没有能量了。 但是这个问题也有可能的解决方案。 兰博基尼正在与麻省理工学院（MIT）合作，打造一款基于超级电容器的纯电动车型，即著名的 Terzo Millenio（第三个千年）概念。

BST

顺便说一下，大众汽车集团旗下的兰博基尼并不是唯一一家在这一领域进行试验的公司。 多年来，标致混合动力车型一直在使用超级电容器，丰田和本田的氢燃料电池车型也是如此。 中国和韩国制造商正在将它们安装在电动公共汽车和卡车上。 去年，特斯拉收购了世界上最大的超级电容器制造商之一麦克斯韦电子公司，这是一个明确的迹象，表明至少埃隆马斯克相信这项技术的未来。

了解超级电容器的7个关键事实

1电池的工作方式

电池技术是我们长期以来认为理所当然的事情之一，没有考虑它是如何工作的。 大多数人认为，充电时，我们只是将电“倒入”电池中，就像将水倒入玻璃杯中一样。

但是电池并不直接储存电能，而是仅在需要时通过两个电极之间的化学反应和将它们分开的液体（最常见）称为电解质来产生。 在这个反应中，其中的化学物质被转化为其他化学物质。 在此过程中，会产生电能。 当它们完全转化时，反应停止——电池放电。

然而，对于可充电电池，反应也可能发生在相反的方向——当你给它充电时，能量开始反向过程，恢复原来的化学物质。 这可能会重复数百次或数千次，但不可避免地会有损失。 随着时间的推移，寄生物质会积聚在电极上，因此电池寿命有限（通常为 3000 至 5000 次循环）。

2电容器如何

电容器中没有化学反应发生。 正电荷和负电荷仅由静电产生。 电容器内部是被称为电介质的绝缘材料隔开的两个导电金属板。

充电非常类似于将球揉入羊毛衫中，以使其附着静电。 正电荷和负电荷积聚在板中，它们之间的隔离物（实际上是防止能量接触的一种手段）可以防止它们接触。 电容器甚至可以充电和放电一百万次而不会损失容量。

3什么是超级电容器

传统的电容器太小而无法储存能量——通常以微法拉（百万法拉）来衡量。 这就是 1950 年代发明超级电容器的原因。 在由 Maxwell Technologies 等公司制造的最大工业变体中，容量达到数千法拉，即锂离子电池容量的 10-20%。

4超级电容器的工作原理

与传统电容器不同，它没有电介​​质。 取而代之的是，将两个板浸入电解质中并由非常薄的绝缘层隔开。 超级电容器的电容实际上随着这些极板面积的增加和它们之间的距离的减小而增加。 为了增加表面积，它们目前涂有多孔材料，例如碳纳米管（非常小，10 平方厘米可容纳 XNUMX 亿个）。 隔板可以只有一个分子厚，带有一层石墨烯。

要了解差异，最好将电想象为水。 在这种情况下，简单的电容器看起来像纸巾，可以吸收有限的量。 在示例中，超级电容器是厨房用海绵。

5种电池：优缺点

电池有一个显着的优势——高能量密度，这使得它们能够在一个小的储层中储存相对大量的能量。

然而，它们也有很多缺点——重量大、寿命有限、充电慢和能量释放相对较慢。 此外，有毒金属和其他危险物质也用于其生产。 电池仅在很窄的温度范围内有效，因此它们通常需要冷却或加热，从而降低了它们的效率。

6种超级电容器：优点和缺点

超级电容器比电池轻得多，寿命长得多，不需要任何有害物质，几乎可以瞬间充电和释放能量。 由于它们几乎没有内阻，因此它们不消耗能量来运行——它们的效率为 97-98%。 超级电容器在 -40 到 +65 摄氏度的整个范围内运行时没有明显偏差。

缺点是它们比锂离子电池存储的能量少得多。

7新材料

即使是最先进的现代超级电容器也无法完全替代电动汽车中的电池。 但是许多科学家和私人公司正在努力改善它们。 例如，在英国，Superdielectrics使用最初用于隐形眼镜制造的材料来工作。

Skeleton Technologies 正在研究石墨烯，这是碳的一种同素异形体。 一层原子厚的强度是高强度钢的100倍，1克可以覆盖2000平方米。 该公司在传统柴油货车中安装了石墨烯超级电容器，实现了 32% 的节油效果。

尽管事实上超级电容器仍然不能完全替代电池，但如今，该技术的发展呈现出积极的趋势。

问题与解答：

超级电容器是如何工作的？ 它的工作方式与大容量电容器相同。 在其中，由于电解液极化期间的静电而积累了电力。 虽然是电化学装置，但不会发生化学反应。

超级电容器有什么用？ 超级电容器用于混合动力汽车中的能量存储、启动电机，作为短期电流的来源。

超级电容器与不同类型的电池有何不同？ 电池能够通过化学反应自行发电。 超级电容器只积累释放的能量。

超级电容器用在什么地方？ 低容量电容器用于闪光装置（完全放电）和任何需要大量放电/充电循环的系统。