-
0
سبد خرید
محصول تعداد 0 (ریال)جمع کل
باتری در برابر ابرخازن
باتری در برابر ابرخازن
باتری در برابر ابرخازن
باتری در برابر ابرخازن
باتری در برابر ابرخازن (۴ تفاوت اصلی عملکردی)
امروزه، باتری ها و ابرخازن ها به عنوان سیستم های ذخیره ساز انرژی الکتروشیمیایی به دلیل کمبود سوخت های فسیلی و تقاضای روز افزون برای مصرف انرژی در جهان به شدت مورد توجه کشورهای مختلف به خصوص کشورهای پیشرفته قرار گرفته اند. در میان سیستم های ذخیره ساز انرژی، باتری ها و ابرخازن ها با توجه به ویژگی های منحصر به فردشان نظیر چگالی انرژی و توان بالا، هزینه پایین، اثرات زیست محیطی کمتر و … دارای کاربردهای فراوانی همچون خودروهای الکتریکی، وسایل الکترونیکی و حتی نیروگاه های ذخیره انرژی هستند. در حال حاضر، تحقیقات علمی و صنعتی بیشماری برای توسعه فناوری و صنعت باتری ها و ابرخازن ها در حال انجام است. در این مقاله، ابتدا به صورت مختصر به توصیف و تعریف این سیستم ها پرداخته می شود و در ادامه تفاوت های اساسی این دو وسیله ذخیره ساز انرژی بیان خواهد شد.
۱- مقدمه
سیستمهای ذخیره و تبدیل انرژی الکتروشیمیایی شامل باتریها، ابرخازنها و پیل‌های سوختی می‌شوند. اگرچه مکانیسم ذخیره و تبدیل انرژی در این سیستمها متفاوت است، اما شباهتهایی از لحاظ الکتروشیمیایی بین آنها وجود دارد. یکی از اساسی ترین این شباهتها این است که فرایند تأمین کننده انرژی در فصل مشترک الکترد-الکترولیت رُخ میدهد و انتقال الکترون و یون به صورت جداگانه صورت میپذیرد. مکانیسم عملکرد این سه سیستم در شکل (۱) نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود باتریها، پیل‌های سوختی و ابرخازنها همگی متشکل از دو الکترود در تماس با محلول الکترولیت هستند. الزام وجود یا عدم وجود هدایت الکترونی و یونی در زیر این شکل نشان داده شده، برای هر سه سیستم صادق است.
در باتریها و پیل‌های سوختی انرژی با تبدیل انرژی شیمیایی از طریق واکنشهای اکسایش-کاهش تولید میشود. تفاوت میان این ذخیره کننده ها به جایگاه ذخیره و تبدیل انرژی مربوط میشود. باتریها سیستمهایی هستند که کاتد و آند در آنها مسئول انتقال بار بوده و نقشی فعال در انجام واکنشهای اکسایش-کاهش دارند. به عبارتی دیگر، ذخیره و تبدیل انرژی در یک جزء که همان ماده فعال الکتردهاست رُخ میدهد. در نقطه مقابل، پیل‌های سوختی سیستمهایی باز هستند که در آنها کاتد و آند تنها بستری برای انتقال بار هستند و مواد فعالی که دستخوش واکنش می‌شوند از خارج سِل (یا از محیط پیرامون مثل اکسیژن هوا، و یا از سوختی نظیر هیدروژن یا هیدروکربنها) تأمین می‌شوند. در خازن‌های الکتروشیمیایی یا ابرخازنها تحویل انرژی ممکن است بر پایه واکنشهای فارادایی نبوده و تنها حاصل جدایی بار در فصل مشترک الکترد-الکترولیت و در لایه دوگانه الکتریکی باشد. همانطور که قبلا اشاره شد، در ادامه ابرخازن ها و باتری ها به طور مختصر توصیف خواهند شد و به بیان تفاوت های عملکردی آن ها پرداخته خواهد شد.
۲- ابرخازن ها
در سال 1957 اچ. بیکر خازن الکترولیتی ولتاژ پایین با الکترود کربن متخلخل را توسعه داد. او معتقد بود که انرژی ذخیره شده بخاطر بارهای الکتریکی موجود در حفرات کربن مربوط می باشد و اگر برای ذخیره سازی انرژی استفاده شود، منجر به ظرفیت بالایی می شود. البته تا آن زمان مکانیسم لایه دوگانه الکتریکی شناخته شده نبود. در سال 1966 محققان در شرکت سوهیو آمریکا، در حین کار و طراحی پیل¬های سوختی، نسل جدیدی از این وسیله را تحت عنوان ” ابزار ذخیره سازی انرژی الکتریکی” عرضه نمودند، ولی هنوز ماهیت ذخیره سازی انرژی در آن توضیح داده نشده بود. در سال 1970 خازن الکتروشیمیایی به وسیله دونالد ال بوس به عنوان یک خازن الکترولیتی با الکترود کربن فعال به ثبت رسید. در خازن های الکتروشیمیایی اولیه سل مورد نظر شامل دو فویل آلومینیومی پوشیده با کربن فعال ( به عنوان الکترودها ) که در یک الکترولیت غوطه ور بوده و به وسیله یک صفحه نازک متخلخل نارسانا از هم جدا می شد. این طراحی خازن ظرفیتی حدود یک فاراد را نتیجه داد که نسبت به خازن های الکترولیتی آن زمان با همان ابعاد، عدد بسیار بزرگی به شمار می آمد. در نهایت این محصول در سال 1971 با نام ابر خازن به عنوان پشتیبان حافظه کامپیوتر ارائه شد. صنعت ساخت ابرخازنها از 1990 میلادی شروع به رشد کرد و چه از نظر مفاهیم و چه از نظر R&D به طرز چشمگیری پیشرفت نموده است. در زمان حاضر شرکتهایی چون Maxwell، ESMA، CAP-XX، NCC، و NessCap انواع گوناگونی از ابرخازنها را به صورت تجاری به بازار ارائه میکنند و همچنان این صنعت با شتاب رو به جلو به پیش میرود.
۱-۲- اصول ذخیره انرژی در ابرخازن ها
خازن‌های الکتروشیمیایی از دو الکترود و یک الکترولیت در بین الکترودها تشکیل می‌شوند. الکترولیت‌هاا در ابرخازن ها به دو منظور استفاده می‌شوند که عبارت اند از: ۱) هدایت یونها و ۲) جدا کردن دو الکترود مثبت و منفی از یکدیگر. برای الکترولیت‌های مایع یک صفحه جداکننده متخلخل خنثی اجازه عبور یونها را میدهد که منجر به ایجاد یک جریان الکترونی می شود، در عین حال این صفحه جداکننده مانع رسانس الکترون ها بین الکترود ها می شود تا از اتصال کوتاه بین این صفحات جلوگیری به عمل آورد. شکل (۲) طرح ساده‌ای از یک ابرخازن الکتروشیمیایی را در حالت شارژ نشان میدهد.
بر اساس نیروی کولمبی، حضور بار منفی در یک الکترود، موجب میشود که تعدادی بار مثبت در درون الکترولیت و نزدیک الکترود جمع شوند. ولی اغتشاشات حرارتی در الکترولیت موجب می‌گردد که بارها در الکترولیت توزیع شوند که مقداری بار مثبت خالص در الکترولیت، در منظقه نزدیک الکترود تشکیل میشود. انرژی الکتریکی در لایه دوگانه الکتروشیمیایی (لایه هلمهولتز )، در فصل مشترک الکترود جامد و الکترولیت مایع، ذخیره میشود. ضخامت این لایه بسته به اندازه یونها و غلظت الکترولیت در محدوده ۵ الی ۱۰ آنگستروم است و از توزیع یون‌های الکترولیت در مقابل صفحات الکترودی به وجود می‌آید. این لایه الکتروشیمایی مضاعف تعیین کننده عملکرد سیستم ابرخازنی میباشد. ویژگی و عملکرد ابرخازن ها وابسته به ویژگی های فیزیکی و الکتروشیمیایی مواد الکترود و الکترولیت مانند تعداد مکان های فعال ردوکس ، مساحت سطح، حجم و توزیع اندازه منافذ، مورفولوژی، اندازه و غلظت یون های الکترولیت می باشد. ابرخازن ها بر اساس مکانیسم ذخیره بار به دو دسته تقسیم بندی می شوند.
نوع اول خازن‌های لایه دوگانه الکتروشیمیایی ( EDLC) هستند. بار ذخیره شده در ابرخازن های لایه دوگانه الکتروشیمیایی بر روی سطح (فصل مشترک الکترود و الکترولیت) به صورت الکترواستاتیک می باشد و در آن هیچ واکنش شیمیایی رخ نمی دهد. بنابراین با افزایش مساحت سطح می توان بار بیشتری بر روی سطح ذخیره کرد و ظرفیت ابرخازن لایه دوگانه الکتروشیمیایی را افزایش داد. موادی که به طور معمول برای ابرخازن های لایه دوگانه استفاده می شود شامل مواد کربنی متخلل با مساحت سطح بالا مثل نانوتیوپ های کربن و کربن فعال می باشد. فاصله کم بین بارهای مخالف و مساحت سطح بسیار زیاد باعث شده است تا ابرخازن های لایه دوگانه الکتروشیمیایی دارای ظرفیت حدود 200 فاراد بر سانتی متر مکعب باشند که 2000 برابر بیشتر از خازن های معمولی با ظرفیت 0/1 فاراد بر سانتی متر مکعب می باشد.
نوع دوم ابرخازن ها، شبه خازن ها می باشند که در واقع ترکیبی از باتری و ابرخازن های لایه دوگانه الکتروشیمیایی می باشند و مکانیزم ذخیره بار در آنها به صورت الکترواستاتیک و انجام فرایندهای شیمیایی می باشد. منظور از فرایندهای شیمیایی انتقال بار با استفاده از واکنش های اکسایش-کاهش (واکنش های ردوکس) می باشد. به دلیل رخ دادن واکنش ردوکس بر روی سطح یا برخی مواقع در بخش عمده ای از الکترود و همچنین ذخیره بار به صورت الکترواستاتیک، شبه خازن ها دارای ظرفیت و چگالی انرژی بسیار بیشتری نسبت به ابرخازن های لایه دوگانه الکتروشیمیایی هستند. در این دسته از ابرخازن ها هرچه سینتیک واکنش اکسایش-کاهش برگشت پذیر سریعتر و هدایت ماده الکترودی بیشتر باشد و همچنین تعداد حالات اکسیداسیون بالاتر باشد، بار بیشتری در ابرخازن ذخیره می شود و چگالی انرژی و توان آن ها بالاتر می رود. به طور کلی زمانی که الکترود شبه خازن باردار می شود، الکترون های خود را از دست می دهند و بار مثبت درون الکترود باقی می ماند. بنابراین، یک گرادیان غلظتی به وجود می آید که موجب نفوذ آنیون¬ها به درون مواد فعال الکترود و خنثی شدن الکتریکی آن می گردد.
۲-۲- کاربردهای ابرخازن ها
ابرخازن ها با توجه به ویژگی های عملکردی خود مانند چگالی انرژی و توان بالا، ایمنی و پایداری چرخه ای بالا شکاف عملکردی بین خازن های معمولی و باتری ها را پر کرده و می توانند در کاربردهای بسیار زیادی مورد استفاده قرار گیرند. امروزه، از ابرخازن ها در کنار باتری های لیتیومی در خودروهای الکتریکی استفاده می شود. همچنین، از ابرخازن های بسیار بزرگ در توربین های بادی نیز استفاده کرد که به هموار سازی نیروی متناوب عرضه شده توسط باد کمک می کنند. کاربردهای ابرخازن ها به این موارد ختم نمی شوند و از آن ها به طور گسترده در مصارف نظامی استفاده می شود که از جمله آنها می توان به هواپیماهای جنگی، پهبادهای نظامی و سایر ادوات نظامی مانند بیسم ها اشاره نمود.
۳- باتری ها
باتریهای به طور کلی انرژی الکتریکی را به شکل الکتروشیمیایی ذخیره میکنند که این فرایند از طریق واکنش های اکسایش-کاهش (واکنش های فارادایی) اتفاق می افتد. در باتری های قابل شارژ (ثانویه) بر خلاف باتری های غیر قابل شارژ (اولیه)، واکنش های شیمیایی داخل سل باتری برگشت پذیر بوده و این برگشت پذیری به باتری امکان شارژ مجدد را می دهد. به طور کلی، باتری ها از سه جزء اصلی الکترود مثبت (شامل مواد کاتدی نشانده شده بر روی بستری هادی مانند فویل آلومینیوم)، الکترود منفی (شامل مواد آندی نشانده شده بر روی بستری هادی مانند فویل مس) و الکترولیت تشکیل شده اند که این اجزای اصلی در کنار اجزای دیگر مانند جداکننده و زبانه‌های مثبت و منفی، سل باتری را تشکیل می دهند. در سال های اخیر، در میان انواع مختلف باتری ها نظیر باتری های سرب اسید، نیکل کادمیوم و روی-هوا، باتری های قابل شارژ لیتیوم-یون (باتری های لیتیومی) به شدت مورد توجه قرار گرفته و به نوعی صنعت ذخیره سازی انرژی را متحول کرده اند به گونه ای که در سال ۲۰۱۹، جایزه نوبل شیمی به پروفسور گودایناف ،پروفسور ویتینگهام و پروفسور یوشینو بخاطر تلاش‌هایشان در جهت توسعه باتریهای لیتیوم-یون اعطا شده است. به دلیل اهمیت بالای این باتری ها، در مقاله حاضر به بررسی این نوع از باتری ها پرداخته می شود. نمای کلی باتری لیتیم-یون در شکل (۴) نشان داده شده است:
شمایی از سل باتری لیتیومی
الکترود مثبت و یا کاتد از یک ترکیب لیتیم‌دار مانند لیتیم کبالت اکساید و الکترود منفی یا آند عمدتاً از کربن ساخته می شود. این دو الکترود توسط یک لایه جداکننده که از اتصال الکتریکی بین آن ها جلوگیری می کند از یکدیگر جدا می شوند. همچنین، الکترولیت باتری های لیتیوم-یون از انحلال یک نمک لیتیومی در یک حلال آلی تشکیل می شود، این الکترولیت می تواند مایع، جامد و یا شبه جامد باشد و بستری برای مهاجرت یون‌های لیتیوم بین کاتد و آند است. متداولترین الکترولیت مورد استفاده در باتری های لیتیومی الکترولیت LiPF6 در مخلوط حلال های آلی کربناتی است. عملکرد باتری لیتیومی را (با فرض الکترود مثبت لیتیوم کبالت اکساید و الکترود منفی گرافیتی) می توان در حین فرایندهای شارژ و تخلیه (دشارژ) با واکنش های اکسایش و کاهش زیر توصیف کرد:
فرایند شارژ در الکترود مثبت:
LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ +xe
فرایند دشارژ در الکترود منفی:
xLi+ + xe + C6 → LiC6
در فرایند شارژ، لیتیوم موجود در ساختار کاتد به یون لیتیم تبدیل شده و از طریق الکترولیت مهاجرت کرده و خود را به آند رسانده و در آنجا یون های لیتیم در بین لایه های گرافیت ذخیره می شوند.این فرایند که به فرایند شارژ موسوم است خود به خودی نبوده و نیازمند صرف انرژی الکتریکی است. در فرایند دشارژ، عکس واکنش فوق رخ می دهد. این واکنش سبب انتقال الکترون شده و تولید انرژی الکتریکی می نماید.
۱-۳- انواع سل باتری لیتیوم-یون
سل باتری های لیتیم-یون معمولا در سه نوع سل استوانه ای، سل تخت و سل کیسه‌ای تهیه می شود. در سل استوانه ای ورقه های آندی، کاتدی و جداکننده بر روی یکدیگر به صورت یک استوانه پیچیده شده و در داخل یک محفظه استوانه ای قرار می گیرند. در سل تخت فرآیند پیچش لایه ها اینبار بر روی یک صفحه تخت صورت می گیرد و از یک محفظه مقاوم مکعب مستطیلی استفاده می‌گردد. در سل کیسه ای، لایه‌های مختلف کاتد، آند و جداکننده بصورت افقی روی یکدیگر قرار گرفته و کل مجموعه داخل محفظه ای که معمولاً از جنس فویل پوشش دار آلومینیوم است قرار می گیرد.
سل های استوانه ای از مقاومت، پایداری مکانیکی و ایمنی بالایی برخوردار هستند. این باتری ها در ابزارهای متنوعی نظیر، ابزارهای قدرت، وسائل پزشکی، لپ تاپها، دوچرخه های الکتریکی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. شرکت تسلا از این نوع باتری ها در خودروهای خود استفاده میکند.
سل های کیسه ای در سال ۱۹۹۵ وارد دنیای صنعت باتری شدند. این سل ها حجم کمی داشته و به دلیل عدم استفاده از قاب فلزی وزن پایینی را نیز دارند. این سل ها در لوازم الکترونیکی مصرفی، پهپادها و خودروهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند.
سل های تخت در اوایل دهه 1990 معرفی شدند. بر خلاف سل های استوانه‌ای در این سل ها امکان استفاده بهینه تر از فضا فراهم می شود. این نوع از سلولها به طور وسیع در تلفن های همراه، تبلت ها و لپ تاپ های سبک مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین این سل‌ها در ابعاد بزرگ نیز ساخته شده و در خودروهای الکتریکی و سامانه های ذخیره سازی انرژی (ESS) مورد استفاده قرار می گیرند.
۲-۳- کابردهای باتری های لیتیومی
باتری های لیتیومی در میان ذخیره سازهای انرژی الکتریکی دارای بیشترین کاربرد هستند و دارای بزرگترین بازار و صنعت در زمینه ذخیره سازهای انرژی هستند. امروزه، رقابت بسیار شدیدی میان کشورها و شرکت های بزرگ باتری سازی و خودرو سازی در زمینه باتری های لیتیومی وجود دارد. در این میان، کشور چین بازیگر اصلی صنعت باتری های لیتیومی در جهان است که پس از آن، کشورهای آمریکا، کره جنوبی و ژاپن قرار دارند. شکل (۵) به صورت کلی برخی از کاربردهای مهم باتری های لیتیومی را نشان می دهد.
۴- تفاوت میان باتری ها و ابرخازن ها
باتری ها و ابرخازن ها از نظر مکانیسم عملکردی، کاربردها و ویژگی های عملکردی با یکدیگر قابل مقایسه هستند. در باتری ها مواد فعال الکترودی در واکنش های فارادایی ( واکنش اکسایش-کاهشی که با انتقال یون بین مواد فعال و الکترولیت همراه است) شرکت کرده و موجب ذخیره انرژی می شوند. اما در ابرخازن ها، انرژی از طریق واکنش های غیر فارادایی ذخیره می شود. در این واکنش ها، در واقع انتقال یونی بین مواد فعال و الکترولیت وجود ندارد و در واقع بار به صورت الکتروستاتیکی توسط بارهای مثبت و منفی مستقر در سطح مشترک الکترود ها و الکترولیت رخ می دهد.
باتری های و ابرخازن ها به لحاظ ویژگی های عملکردی باتری ها و ابرخازن ها با یکدیگر دارای چهار تفاوت اصلی می باشند. این چهار ویژگی شامل چگالی انرژی، چگالی توان، طول عمر و هزینه می باشند.
۱-۴- چگالی انرژی
به طور کلی ابرخازن ها در مقایسه با خازن های معمولی از چگالی انرژی بسیار بالاتری برخوردار هستند، با این حال در مقایسه با باتری ها توانایی ذخیره میزان انرژی به مراتب پایین تری هستند. دلیل این امر به تفاوت در مکانیسم ذخیره انرژی در باتری ها و ابرخازن ها مربوط می شود. باتری از طریق واکنش های شیمیایی و انتقال یون میان مواد فعال الکترودی و یون های الکترولیت توانایی ذخیره انرژی بیشتری را دارا هستند. اگرچه شبه خازن ها نیز از واکنش های شیمیایی در ذخیره انرژی بهره می برند اما در مقایسه با باتری ها مقدار کمتری از مواد فعال در این واکنش ها شرکت می کنند. در واقع باتری ها به دلیل چگالی انرژی بالاتر عموما در کابردهای مورد استفاده قرار می گیرند که به میزان انرژی بالاتری نیاز است.
۲-۴- چگالی توان
چگالی توان به مدت زمانی که یک ذخیره کننده انرژی برای شارژ و دشارژ ظرفیت انرژی خود نیاز دارد اطلاق می شود. در واقع، هرچقدر یک ذخیره کننده انرژی مقدار مشخصی از انرژی را سریعتر در خود ذخیره کند و یا این انرژی را سریعتر در اختیار سیستم دیگر قرار دهد از چگالی توان بالاتری برخوردار خواهد بود. ابرخازن ها دارای توان بسیار بالاتری نسبت به باتری ها هستند. در واقع، سرعت انتقال الکترون به صورت الکتروستاتیکی بیشتر از سرعت واکنش های شیمیایی است، از این رو ابرخازن ها توانایی شارژ و دشارژ شدن بسیار بیشتری را دارا هستند. این ویژگی باعث می شود که از ابرخازن ها در برنامه هایی استفاده شود که نیاز به تامین انرژی در مدت زمان بسیار پایینی باشد و در عین حال منبع انرژی نیز بتواند در همین زمان پایین انرژی از دست رفته خود را دوباره در خود ذخیره کند. برای مثال، در سیستم ترمز قطارهای تندرو این نیاز امری بسیار ضروری است.
۳-۴- طول عمر
یکی دیگر از برتری های ابرخازن ها طول عمر بالای آنها می باشد که عموما بسیار بیشتر از باتری ها هستند. مواد فعال مورد استفاده در باتری ها به دلیل اینکه مدام در طی فرایندهای شارژ و دشارژ در واکنش های شیمیایی شرکت می کنند دارای طول عمر پایینتری نسبت به مواد مورد استفاده در ابرخازن ها می باشند. مواد فعال ابرخازنی به دلیل اینکه تنها بستری برای حضور الکترون های مثبت و منفی هستند از طول عمر بالاتری برخوردار هستند.
۴-۴- هزینه
در مقایسه با باتری ها، ابرخازن ها به دلیل فاکتورهای مهم طول عمر و چگالی توان زیاد، هم از نظر زمانی و مالی هزینه ها را حد زیادی کاهش میدهند و این یک مزیت برای کاربردهای تجاری و به صرفه برای تمامی کشورها است. با اینکه هزینه اولیه ابرخازنها بالا میباشد ولی فاکتورهای مهم و دخیل سبب میشود که هزینه آنها در مقایسه با باتری ها در طول زمان کمتر باشد.
۵-۴- سایر پارمترهای باتری ها و ابرخازن ها
در کنار تفاوت های اصلی که بیان شد سایر پارامترهای دیگر از جمله تخلیه شارژ و شارژ، ایمنی، دمای عملکرد و … نیز در ابرخازنها و باتریها متفاوت میباشد بطوریکه باتریها در هنگام تخلیه، ولتاژ نسبتا ثابتی دارد این در حالیست که ولتاژ ابرخازن ها در هنگام تخلیه کاهش می یابد.از نظر ایمنی نیز باتری ها می بایست کنترل شوند که برای این کار از سیستمهای هوشمند کنترل باتری استفاده میشود ولی امنیت ابرخازن ها بسیار بیشتر است با این حال اگر ابر خازن را با ولتاژی بیش از مقدار مجاز شارژ کنیم برای آن مضر است. اما نتیجه کلی آنست که در بسیاری از کاربردها، تفاوتهایی که قبلاً ذکر شد، جایگزینی باتریها با ابرخازنها را رد میکند . برخی از برنامه ها فضای کافی برای اضافه کردن ابرخازن های لازم برای رسیدن به چگالی انرژی موجود در باتریها را ندارند . برنامه های کاربردی دیگر به ابرخازن ها نیاز دارند تا شارژ را طولانی تر نگه دارند یا باید بیشتر از باتری ها شارژ شوند، که همیشه یک گزینه ایده آل نیست . پیشرفت هایی در فناوریهای ابرخازن وجود دارد که امکان چگالی انرژی بالاتری را فراهم میکند، اما این قابلیت هنوز در محدوده چگالی انرژی باتری نیست.
۵- پیشنهاد ها و چشم انداز
هم مسائل زیست محیطی و هم تقاضای بازار باعث محبوبیت خودروهای برقی شده است، اما سیستمهای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی هنوز از انتظارات برای رقابت با خودروهای مبتنی بر سوخت عقبتر هستند. اگرچه پیشرفتهای اخیر در فنآوریهای باتری، فرصتهای بسیار خوبی را برای تولید خودروهای برقی فراهم کرده است که میتوانند در بازار رقابت کنند، محدودیتهای ترمودینامیک و سینتیک واکنشهای الکتروشیمیایی درگیر در باتری، الزامات مصرف انرژی نامنظم وسایل نقلیه را برآورده نمیکند. در این راستا استفاده از ابرخازن ها به همراه سیستم باتری می تواند نیاز را برآورده کند. در این طراحی هیبریدی، ابرخازن می تواند به سرعت )برای مدت کوتاه، چند ثانیه(، انرژی را هنگامی که سیستم باتری این کار را انجام نمی دهد، تامین کند. پس از آن، جریان انرژی ثابت توسط بسته باتری تامین می شود. با این حال، سیستم باتری/ابرخازن به سادگی اتصال دو منبع برق الکتروشیمیایی نیست. علاوه بر معماری سلولی منفرد، کل سیستم الکتریکی باید به طور ماهرانه ای با هم تطبیق داده شود تا یک منبع برق صحیح بسازد. تصمیم گیری در مورد زمان و نحوه شارژ یا تخلیه هر سلول الکتروشیمیایی بسیار مهم است. این با یک روش استفاده پیچیده همراه است که با آزمایش منظم سلول های الکتروشیمیایی متفاوت است. بنابراین، طراحی سلولهای آینده باید بر اساس همکاری نزدیک بین جستجوگرانی که روی بخش الکتروشیمی منبع برق کار میکنند و کسانی که سیستم الکتریکی کل منبع برق را در خودروهای الکتریکی یا همان EV طراحی میکنند، باشد. هنوز شکاف بزرگی بین این دو حوزه تحقیقاتی وجود دارد. بسیاری از سیستمهای هیبریدی آزمایششده برای خودروهای الکتریکی مبتنی بر باتریهای تجاری و ابرخازن هستند که برای این منظور ساخته نشدهاند. در مورد نیازهای مجدد برای سیستم های انرژی هیبریدی خودروهای الکتریکی، نکته مهم در دسترس بودن مواد الکترود مختلف برای باتریها و ابرخازنها است که ممکن است برای کاربردهای رایج مفید نباشند، اما فرصتهای جدیدی را برای برنامههای EV فراهم میکنند. یک مقایسه ساده بین اندازه و عملکرد باتری لپتاپ و منبع انرژی مورد نیاز برای یک EV نشان میدهد که انواع کاملاً جدیدی از سلولهای الکتروشیمیایی برای خودروهای الکتریکی آینده مورد نیاز است. با این حال، اکثر کاندیداهای رایج برای منابع برق EV عملاً مبتنی بر نسخه مقیاسشده همان سیستمهای باتری قدیمی هستند. در اینجا مقاله، سعی شد یک نمای کلی از مقایسه این دو منبع ذخیره ساز انرژی یعنی باتری ها و ابرخازن ها ارائه داده شود.
مراجع
۱- CoxZn1− x ZIF-derived binary Co3O4/ZnO wrapped by 3D reduced graphene oxide for asymmetric supercapacitor: comparison of pure and heat-treated bimetallic MOF
۲- 2D MXenes: Synthesis, properties, and electrochemical energy storage for supercapacitors – A review
۳- Silicon Anode Design for Lithium-Ion Batteries: Progress and Perspectives
- برچسب:
- باتری خودرویی
- باتری صنعتی
- باتری لیفتراکی
- باتری مخابراتی
- باتری اسیدی
- باتری سیلد ساکن
- باتری UPS
- باتری یو پی اس
- باتری اسید سربی