211service.com
Ultracondensatoren om het bereik van elektrische auto's te vergroten
Een startup genaamd Nanotune zegt dat zijn ultracondensatortechnologie elektrische auto's goedkoper kan maken en hun bereik kan vergroten. Het bedrijf, gevestigd in Mountain View, Californië, heeft een manier ontwikkeld om elektroden te maken die resulteren in ultracondensatoren met vijf tot zeven keer zoveel opslagcapaciteit als conventionele.
Energie spons: Een microfoto toont de poreuze structuur van een nieuw elektrodemateriaal dat helpt de opslagcapaciteit van ultracondensatoren te vergroten.
Conventionele ultracondensatoren, die het voordeel hebben dat ze snelle stroomstoten leveren en honderdduizenden keren kunnen worden opgeladen zonder veel capaciteit te verliezen, zijn te duur en slaan te weinig energie op om batterijen te vervangen.
Nanotune, echter, dat $ 3 miljoen heeft opgehaald van het durfkapitaalbedrijf Draper Fisher Jurvetson, zegt dat zijn ultracondensatoren bijna concurreren met batterijen op het gebied van energieopslag, en ze binnenkort zouden kunnen overtreffen. Met behulp van een conventionele elektrolyt heeft het bedrijf een energieopslag van 20 wattuur per kilogram aangetoond, in tegenstelling tot ongeveer vijf wattuur voor een conventionele ultracondensator. Met behulp van een duurdere ionisch-vloeibare elektrolyt heeft het ultracondensatoren gemaakt die 35 wattuur per kilogram opslaan. Tegen het einde van het jaar hoopt het bedrijf deze opslagcapaciteit ongeveer te verdubbelen, zegt Nanotune-topman Kuan-Tsae Huang. Met 40 wattuur per kilogram zouden de ultracondensatoren een verbetering zijn ten opzichte van de batterijen die in sommige hybride voertuigen worden gebruikt.
De afgelopen maanden hebben verschillende startups aangekondigd dat ze nanotechnologie gebruiken om betere ultracondensatoren te maken. Ze hopen allemaal een van de grootste problemen met elektrische auto's van vandaag op te lossen: de hoge kosten van hun batterijen en de beperkte opslagcapaciteit. Zo moest Nissan, om zijn elektrische Leaf betaalbaar te maken, de omvang van het batterijpakket beperken, wat resulteerde in een actieradius van slechts 113 kilometer.
Een deel van de reden waarom batterijsystemen zo duur en omvangrijk zijn, is dat de batterijen degraderen naarmate ze worden gebruikt, vooral wanneer ze worden blootgesteld aan extreme temperaturen - dus autofabrikanten vullen ze vaak aan met koel- en verwarmingssystemen en voegen extra batterijcellen toe om prestatieverlies te compenseren na verloop van tijd. Ultracondensatoren zouden dit probleem kunnen omzeilen, omdat ze kunnen worden opgeladen zonder te verslechteren en goed kunnen werken in een breed temperatuurbereik.
Uiteindelijk, zegt Huang, is het misschien mogelijk om ultracondensatoren te maken die 500 wattuur per kilogram kunnen opslaan - ongeveer drie tot vier keer meer dan de lithium-ionbatterijen die tegenwoordig in auto's worden gebruikt. Het praktische voordeel zou nog groter kunnen zijn. Auto's zijn vaak ontworpen om slechts de helft van de opslagcapaciteit van hun batterijen te gebruiken, om te voorkomen dat ze verslechteren. Maar bijna alle opslagcapaciteit van een ultracondensator kan worden gebruikt.
De technologie van Nanotune is nu erg duur - tussen de $ 2.400 en $ 6.000 per kilowattuur. (Het ministerie van Energie heeft een doel van $ 250 per kilowattuur voorgesteld om elektrische voertuigen concurrerend te maken met conventionele.) Nanotune zegt echter dat de kosten kunnen dalen tot minder dan $ 150 per kilowattuur als de prijzen van een of ander belangrijk materialen, zoals elektrolyten, blijven dalen en naarmate de productie wordt opgeschaald.
De prognoses voor energieopslag van het bedrijf zijn gebaseerd op verschillende ontwikkelingen waaraan het werkt. Nanotune maakt momenteel elektroden met poriën met een diameter van ongeveer 4 tot 5 nanometer, maar het zegt dat het ze kleiner kan maken (hoge porositeit leidt tot een groot oppervlak, waardoor een grote hoeveelheid lading kan worden opgeslagen) en ze op elkaar kunnen afstemmen de behoeften van verschillende elektrolyten - de ionengeleidende materialen waarin de elektroden zijn ondergedompeld.
Het bedrijf onderzoekt ook het gebruik van ionische vloeistoffen in plaats van conventionele organische elektrolyten. Deze verhogen de spanning van het systeem, waardoor de energieopslag aanzienlijk toeneemt, maar ze zijn meestal niet compatibel met conventionele ultracapacitor-elektroden. Ten slotte hoopt het bedrijf gebruik te maken van recente academische bevindingen die suggereren dat het toevoegen van kleine hoeveelheden ruthenium aan de ultracondensatoren de energieopslag kan vergroten.
Nanotune is niet het eerste bedrijf dat beweert dat het ultracondensatoren kan maken met een zeer hoge energieopslag. Anderen vonden deze belofte moeilijk waar te maken. Het vergroten van het oppervlak kan de opslagcapaciteit slechts in beperkte mate verbeteren, omdat de opslag op een gegeven moment wordt beperkt door de ionen in de elektrolyt. Ionische vloeistoffen helpen hierbij, maar ze hebben aanzienlijke tekortkomingen, zegt Joel Schindall , een professor in elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT. (Een bedrijf genaamd FastCap-systemen , die ultracondensatoren ontwikkelt met koolstofnanobuisjes, werd uit zijn laboratorium gesponnen.) Ze zijn bijvoorbeeld erg duur, en sommige werken alleen goed in een beperkt temperatuurbereik, waardoor ze onpraktisch zijn voor auto's.
Schindall zegt echter dat Nanotune zijn zeer hoge energiedoelstellingen niet kan halen en toch het concurrentievermogen van elektrische voertuigen en hybrides kan verbeteren. Gezien de duurzaamheid van ultracondensatoren, zou zelfs het bereiken van een energieopslag van 100 wattuur per kilogram - dicht bij die van lithium-ionbatterijen - fantastisch zijn.