همكاري لامبورگيني و دانشگاه MIT در توسعه ابرخازن براي جايگزيني باتري خودروهاي الكتريكي
همكاري شركت لامبورگيني و مؤسسهي تكنولوژي ماساچوست به منظور توسعهي فناوري ابرخازنهاي جديد در خودروهاي سوپراسپرت هيبريدي ميتواند منجر به جهشي عظيم در ذخيرهسازي انرژي باتري خودروهاي الكتريكي شود. اگر اين فناوري همانطور كه انتظار ميرود تكامل يابد، ميتواند جايگزيني براي باتري خودروي الكتريكي باشد و بهطور چشمگيري زمان شارژ اين خودروها را كاهش دهد.
خازنها متخصصدهاي مختلفي دارند و استفاده از خازنهاي قديمي در دستگاههاي الكترونيكي رايج است. از خازنها ميتوان بهعنوان مخزن الكتريكي استفاده كرد. در اين حالت خازن به سرعت شارژ ميشود و به همان سرعت نيز شارژ خود را از دست ميدهد. تأمين انرژي الكتريكي منبع تغذيه و ايجاد تغييرات در سطح ولتاژ منبع تغذيه به وسيلهي آمپليفايرها صورت ميگيرد. به همين دليل از خازنها معمولا براي ذخيرهي انرژي براي آمپليفايرها استفاده ميكنند. يكي از متخصصدهاي خازنها، استفاده از آنها در فلش دوربين است. خازن شارژ ميشود، سپس شارژش را تخليه ميكند تا فلش دوربين روشن شود و در لحظه شارژش تمام ميشود. امروزه از ابرخازنها بيشتر براي ذخيرهسازي انرژي پيلهاي سوختي در خودروهاي الكتريكي و هيبريدي استفاده ميكنند نه براي توليد انرژي حركتي موردنياز خودروهاي الكتريكي.
برخلاف باتري، خازنها قطعاتي كاملا مكانيكي هستند كه هيچ واكنش شيميايي در آنها اتفاق نميافتد. به همين دليل سريع شارژ ميشوند و به سرعت نيز شارژ خالي ميكنند. دهههاست كه از ابرخازنها در خودروهاي الكتريكي و هيبريدي استفاده ميشود. ابرخازنها نسبت به قطعات مشابه كوچكتر خود با قدرت بيشتري عمل ميكنند و فقط داراي تفاوتهايي در ساختارهاي داخلي خود هستند.
توسعهدهندگان پيل سوختي به ارزش ابرخازنها جهت توليد توان كوتاهمدت و انفجاري براي شتابگيري خودرو پي بردند؛ زيرا اين كاري است كه پيلهاي سوختي از عهده آن بر نميآيند. ابرخازنهاي به كار رفته در هوندا FCX-V4 قادر به توليد ۳۰ كيلو وات انرژي اما فقط به مدت ۱۰ تا ۱۵ ثانيه هستند. هوندا FCX-V4 اولين خودروي الكتريكي پيل سوختي است كه در سال ۲۰۰۲ در ايالات متحده آمريكا مجوز فروش عمومي گرفت.
ابرخازنهاي موجود با اين ظرفيت نميتوانند جايگزين باتريها باشند. اما اين فناوري ميتواند تا چند سال آينده تغيير كند. اين امر با استفاده از مواد سازندهاي صورت ميگيرد كه بهطور انتخابي از آنها در ابرخازنها استفاده ميشود. همهي ابرخازنها داراي الكترودهاي پوشيده شده از كربن هستند، اما پروفسور ميرچيا دينكا و گروه تحت رهبريش در مؤسسهي MIT، نوع جديدي از مواد سازنده را بهعنوان جايگزين كشف كردهاند كه به آنها چارچوبهاي فلزي-آلي (MOF) گفته ميشود. اين مواد مانند اسفنج، متخلخل و پرمنفذ هستند و ساختار پرپيچ و خمشان داراي سطح بزرگتري است كه در مقايسه با كربنهاي معمولي به كار رفته در ابرخازنها، ظرفيت و حجم بيشتري به آنها ميدهد. هرچه مساحت بزرگتر باشد، انرژي كه خازن ميتواند ذخيره كند، بيشتر است.
اما چارچوبهاي فلزي-آلي رساناهاي ضعيفي براي جريان الكتريسيته هستند كه يكي از معايب آنها است. محققان مؤسسهي MIT در اين مرحله گام تازهاي برداشتند. چارچوبهاي فلزي-آلي جديد آنها، خودشان رساناي الكتريكي هستند كه وقتي در مساحت بزرگتري قرار ميگيرند، ظرفيت انرژي ابرخازن را افزايش ميدهند. بنابراين هر جا كه ابرخازني با ظرفيت بالا داشته باشيم، آن ابرخازن ميتواند مثل يك باتري عمل كند.
نسل فعلي چارچوبهاي فلزي-آلي MIT، تازه در نقطهي شروع خود هستند. انتظار ميرود كه مساحت اين مواد بهطور چشمگيري افزايش يابد. اين امر موجب نزديك شدن ظرفيت ذخيرهسازي ابرخازنها به باتريهاي خودروهاي الكتريكي ميشود. ابرخازني با چنين قدرت فوقالعادهاي، ميتواند بسيار سريع شارژ شود.
در سال ۱۹۸۳، شركت Xtrac كه استارتاپي در زمينهي توليد جعبهدنده براي خودروهاي موتوراسپرت بود، براي خودروي فورد اسكورت ۵۶۷ اسب بخاري مارتين شنچ در مسابقات رالي كراس، سيستم چهار چرخ محرك منحصربفردي طراحي كرد. اين شركت بهتازگي از اكسل الكتريكي خود با نام e-axle براي مسابقات قهرماني رالي كراس ۲۰۲۴-۲۰۲۱ رونمايي كرده است. از اكسل الكتريكي تنها در موتورهايي با قدرت بيشتر از ۳۴۰ اسببخار ميتوان استفاده كرد. اين اكسلها سيستم روغنِكاري نيمه خشك و نوعي ديفرانسيل لغزش محدود پلكاني دارند و وزنشان فقط ۲۱ كيلوگرم است. استفاده از اين دو سيستم در هر خودرويي ميتواند آن خودرو را به سيستم چهار چرخ محرك مجهز كند.
هم انديشي ها