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Ultracaps potrebbe aumentare l'efficienza dell'ibrido
I dispositivi di accumulo di energia chiamati ultracondensatori potrebbero ridurre il costo dei pacchi batteria nei veicoli ibridi plug-in di centinaia o addirittura migliaia di dollari dimezzando le dimensioni dei pacchi, secondo le stime dei ricercatori di Laboratorio Nazionale Argonne ad Argonne, IL. Gli ultracondensatori potrebbero anche migliorare notevolmente l'efficienza di un'altra classe di veicoli ibridi che utilizza piccoli motori elettrici, chiamati microibridi, secondo un recente studio dell'Università della California, Davis.
Potenza robusta: Questo ultracondensatore viene utilizzato per catturare l'energia dai freni negli autobus ibridi. Dispositivi simili potrebbero essere presto utilizzati per ridurre il costo delle auto ibride.
L'uso di ultracondensatori negli ibridi non è un'idea nuova. Ma il calo dei costi di realizzazione di questi dispositivi e i miglioramenti all'elettronica necessari per regolare la loro potenza e coordinare la loro interazione con le batterie potrebbero presto renderli più pratici, afferma Theodore Bohn, ricercatore presso l'Advanced Powertrain Research Facility di Argonne.
Sebbene le batterie siano notevolmente migliorate negli ultimi anni, il costo di produzione è il motivo principale per cui gli ibridi costano migliaia di dollari in più rispetto ai veicoli convenzionali. Ciò è particolarmente vero per gli ibridi plug-in, che si affidano a grandi pacchi batteria per fornire tutta o la maggior parte della potenza durante i viaggi brevi. I pacchi batteria sono costosi in parte perché si degradano nel tempo e, per compensare ciò, le case automobilistiche li sovradimensionano per garantire che possano fornire energia sufficiente anche dopo 10 anni di utilizzo in un veicolo.
Gli ultracondensatori offrono un modo per prolungare la durata della fonte di alimentazione di un veicolo ibrido, riducendo la necessità di sovradimensionare i suoi pacchi batteria. A differenza delle batterie, gli ultracondensatori non si basano su reazioni chimiche per immagazzinare energia e non si degradano in modo significativo durante la vita di un'auto, anche quando vengono caricati e scaricati in raffiche molto intense che possono danneggiare le batterie. Lo svantaggio è che immagazzinano molta meno energia rispetto alle batterie, in genere un ordine di grandezza in meno. Se, tuttavia, gli ultracondensatori fossero accoppiati a batterie, potrebbero proteggere le batterie da intense esplosioni di potenza, dice Bohn, come quelle necessarie per l'accelerazione, allungando così la vita delle batterie. Gli ultracondensatori potrebbero anche garantire che l'auto possa accelerare altrettanto bene alla fine della sua vita come all'inizio.
Ridurre le dimensioni della batteria di un veicolo del 25% potrebbe far risparmiare circa $ 2.500, stima Bohn. Gli ultracondensatori e l'elettronica necessari per coordinarli con le batterie potrebbero costare tra $ 500 e $ 1.000, con un risparmio netto di centinaia di dollari.
Gli ultracondensatori permetterebbero anche di riprogettare le batterie per contenere più energia. Di solito c'è un compromesso tra la velocità con cui le batterie possono essere caricate e scaricate e quanta energia totale possono immagazzinare. Ciò è vero in parte perché la progettazione di una batteria che si scarichi rapidamente richiede l'utilizzo di elettrodi molto sottili impilati in molti strati. Ogni strato deve essere separato da materiali di supporto che occupano spazio nella batteria ma non immagazzinano energia. Più strati vengono utilizzati, più materiali di supporto sono necessari e meno energia può essere immagazzinata nella batteria. Accoppiate con ultracondensatori, le batterie non avrebbero bisogno di fornire esplosioni di energia e quindi potrebbero essere realizzate con pochi strati di elettrodi molto spessi, riducendo la quantità di materiale di supporto necessaria. Ciò potrebbe consentire di immagazzinare il doppio dell'energia nello stesso spazio, afferma Bohn.
Gli ultracondensatori potrebbero anche essere utili in un tipo molto diverso di veicolo ibrido chiamato microibrido, afferma Andrew Burke , un ingegnere di ricerca presso l'Institute of Transportation Studies della UC Davis. Come progettati oggi, questi veicoli utilizzano piccoli motori elettrici e batterie per potenziare un motore a benzina, consentendo al motore di spegnersi ogni volta che l'auto si ferma e riavviarsi quando il conducente preme l'acceleratore. Le batterie di un microibrido possono anche catturare una piccola parte dell'energia che viene tipicamente sprecata sotto forma di calore durante la frenata. Poiché gli ultracondensatori possono caricarsi e scaricarsi rapidamente senza essere danneggiati, sarebbe possibile progettare microibridi per fare un uso molto maggiore di un motore elettrico, fornendo brevi raffiche di potenza ogni volta che è necessario per l'accelerazione. Potrebbero anche raccogliere più energia dalla frenata. Secondo le simulazioni al computer eseguite da Burke, un tale sistema migliorerebbe del 40% l'efficienza di un motore convenzionale durante la guida in città. I microibridi convenzionali migliorano l'efficienza solo del 10-20%.
Sia negli ibridi plug-in che nei microibridi, gli ultracondensatori offrirebbero prestazioni migliori al freddo, poiché non si basano su reazioni chimiche che rallentano al freddo. In climi molto freddi, devi riscaldare la batteria o non puoi guidare molto velocemente: avresti un'accelerazione molto bassa, dice Bohn. Al contrario, gli ultracondensatori potrebbero fornire una rapida accelerazione anche a basse temperature.
Mark Verbrugge, direttore del laboratorio materiali e processi di GM, afferma che dei due usi per gli ultracondensatori, sarà più facile utilizzarli nei microibridi. In questo caso, dice, gli ultracondensatori sostituirebbero semplicemente le batterie, poiché immagazzinano energia sufficiente per aumentare il motore a benzina senza l'aiuto delle batterie. Negli ibridi plug-in, che richiedono molta più energia, gli ultracondensatori dovrebbero essere abbinati a batterie e ciò richiederebbe un'elettronica complessa da coordinare tra i due dispositivi di accumulo di energia. In generale, non vuoi mai aggiungere parti a un'auto, dice. Vuoi il sistema più semplice possibile in modo che ci siano meno cose che possono andare storte.
Affinché gli ultracondensatori siano pratici nei microibridi, afferma Verbrugge, il costo per realizzarli deve diminuire di circa la metà, il che potrebbe essere possibile perché molte parti del processo di produzione degli ultracondensatori di grandi dimensioni non sono ancora automatizzate. Ma per giustificare l'ulteriore complessità degli ibridi plug-in, afferma, l'intero sistema dovrebbe costare molto meno rispetto all'utilizzo delle sole batterie.
I ricercatori di Argonne hanno già preso provvedimenti per dimostrare che gli ultracondensatori possono fornire questi risparmi, avendo dimostrato che riducono di un terzo lo stress termico posto sulle batterie. Stanno continuando a testare gli ultracondensatori per dimostrare che possono far durare più a lungo le batterie, il che consentirebbe alle case automobilistiche di utilizzare batterie più piccole e risparmiare denaro.