超電容器能否為下一代電動汽車提供動力?

鋰離子電池在電動汽車(EV)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。它們已經(jīng)成為一種可持續(xù)交通工具，但距離電動汽車的最終愿景還有很大差距。工程師和嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人士正在通過超電容器尋找改進的電源。專家們認為，超電容器是解決現(xiàn)代電池負面問題的方案，如壽命周期和充電速度。那么，這究竟有多真實?

超電容器能為電動汽車帶來哪些優(yōu)勢?

傳統(tǒng)電池的問題是廣泛采用的一大擔憂，因為這導致人們對電動汽車相對于內(nèi)燃機的效能產(chǎn)生懷疑。電動汽車使用超電容器比大多數(shù)新技術更易于實施，因為它們已在混合動力汽車中應用。因此，電動汽車將因這些優(yōu)勢而在環(huán)保交通方面獲得更大的穩(wěn)定性。

快速充電和循環(huán)壽命

電動汽車電池的充電時間各不相同，但仍然不如燃油車加油幾分鐘的便利。最近的研究證明了它們能夠防止直接涌入負荷，這會損壞電池。同時，它們可以在再生制動過程中儲存回收的能量，提升充電速度和續(xù)航里程。電子助力轉(zhuǎn)向等外圍功率應用，以及輔助制動，增強了這一點。

長壽命周期

評估表明，如果設計得當，超電容器可能擁有無限的壽命周期，盡管有其他建議報告稱大約為一百萬次循環(huán)。使用智能負載預測系統(tǒng)可驗證配置保持精確，電壓保持穩(wěn)定，功率水平繼續(xù)在峰值性能狀態(tài)。它節(jié)省了司機反復購買電池和維護的費用。它們的高能量儲存密度也對此有所貢獻。

更低的環(huán)境影響

鋰離子和其他電池在其價值鏈的開始階段就以巨大的環(huán)境影響而聞名。雖然電動汽車的生命周期減輕了其不利影響，但在原材料提取和能源使用方面的生態(tài)損害仍然顯著。

電動汽車的超電容器通過靜電方式而非化學方式儲存能量，提供了一種無毒的替代方案。此外，它們的延長壽命周期提高了生命周期評估，使其在壽命結束時更少浪費。

溫度控制

鋰離子電池的過熱問題一直是個關注焦點，以至于各種可疑和準確的可燃性問題損害了它們的聲譽。超電容器通過更有效的溫度管理克服了這些負面新聞。即使在極端條件下，超電容器也能保護電動汽車組件免受與不穩(wěn)定溫度相關的性能問題的影響。

防止波動對于維持動力系統(tǒng)內(nèi)的能量儲存系統(tǒng)至關重要，并影響其他關鍵效率指標。一些新的即插即用超電容器可以在-40攝氏度到65攝氏度之間工作，甚至可能達到更高的溫度。超電容器的低阻抗和缺乏化學反應使電動汽車的冷卻需求成本更低。

超電容器實施的挑戰(zhàn)

超電容器并不是一項新發(fā)明。工程師們已經(jīng)在工業(yè)、能源甚至可穿戴技術中使用了幾十年。如果超電容器對電動汽車的發(fā)展如此有前景，為什么它們還不是電動汽車制造的金標準?

現(xiàn)存電動汽車的關注點

除了超電容器的獨特缺點外，所有與電動汽車相關的采用問題也適用于超電容器。只有當對電氣化的普遍興趣激增時，對新電動汽車技術的投資、開發(fā)和關注才會展開。如果政府和企業(yè)增加對公民和商業(yè)實體的興趣，那么更多的超電容器實施將隨之而來。

成本

制造超電容器電動車的成本高于標準型號。雖然制造商會對此進行投資，但成本將轉(zhuǎn)嫁到消費者身上，顯著阻礙其普及。

這促使研究人員調(diào)查在汽車生命周期中節(jié)省成本的機會。專家們研究了使用超電容器在公共交通中優(yōu)化與加油和充電基礎設施相關的成本。多能源管理解決方案是答案，使運營成本降低了46.48%。

電壓限制

超電容器的工作電壓較傳統(tǒng)電動汽車低。如果汽車制造商和工程師想要用超電容器改裝現(xiàn)有設計，則可能需要重新配置或電壓轉(zhuǎn)換器。鑒于超電容器旨在簡化電動汽車架構，這可能使車輛結構變得比其需要的更復雜。

較低的能量密度和儲存容量

鋰離子電池因其化學基礎而每重量儲存更多能量。盡管再生制動和其他電力輔助功能可以延長其續(xù)航里程，低能量密度仍導致較短的續(xù)航里程。同樣，由于超電容器以短時間內(nèi)釋放能量，其儲存能力也有限。

因此，擴展儲存是研究的優(yōu)先事項。一個例子依賴于機器學習設計了一種新的超級電容器材料，其儲能能力是常規(guī)變體的四倍。多孔碳可能是增強電容的下一個大事件。

影響電動汽車的實際應用

幾家公司正在試驗電動汽車中超電容器的應用。隨著這些實體成為思想領袖，它們可能會激發(fā)超電容器在整個行業(yè)的廣泛應用。誰是一些最具影響力的推動者?

瑞士初創(chuàng)公司Morand正在通過其創(chuàng)新的混合超電容器技術解決能量儲存問題，這一技術非常適合通勤電動車和電動自行車。它在兩分鐘內(nèi)充電至98%，擴大其型號的生產(chǎn)將努力與鋰離子競爭對手的價格相匹配。

與丸紅公司和Skeleton Technologies的另一項合作希望擴大超級電容器的市場推廣，以覆蓋更廣泛的受眾。該合作解決了超電容器傳播的另一個障礙，即組件獲取。最終，他們的工作可以將這項技術傳遞給歐洲和亞洲的汽車制造商。

雖然這些超電容器開發(fā)商繼續(xù)進行復雜的研究，寶馬、奧迪和豐田等汽車制造商已知在某些車型中實施了它們。它們已經(jīng)在制動再生改進和混合動力設置方面進行了嘗試，以觀察可能的進步。一旦行業(yè)參與者與汽車制造商達成協(xié)議，到2028年市場可能達到2.394億美元的價值。

超越電動汽車的超電容器

最近的研究發(fā)現(xiàn)將推動超電容器進入電動汽車應用的新紀元。通過展示它們的全方位操作潛力，它可能改變社會對電動汽車潛力的假設。正如鋰離子電池不是電池發(fā)展的終點，超電容器也不應是。改進應該激勵工程師和汽車專家繼續(xù)探索改進電動汽車的方法，以實現(xiàn)可持續(xù)的未來。