211service.com
Ultrakondensatorer för att öka utbudet av elbilar
En startup som heter Nanotune säger att dess ultrakondensatorteknik kan göra elbilar billigare och utöka deras räckvidd. Företaget, baserat i Mountain View, Kalifornien, har utvecklat ett sätt att tillverka elektroder som resulterar i ultrakondensatorer med fem till sju gånger så mycket lagringskapacitet som konventionella.
Energisvamp: Ett mikrofotografi visar den porösa strukturen hos ett nytt elektrodmaterial som hjälper till att öka lagringskapaciteten hos ultrakondensatorer.
Konventionella ultrakondensatorer, som har fördelen att leverera snabba strömutbrott och kan laddas hundratusentals gånger utan att förlora mycket kapacitet, är för dyra och lagrar för lite energi för att byta batterier.
Nanotune, som har samlat in 3 miljoner dollar från riskkapitalföretaget Draper Fisher Jurvetson, säger dock att dess ultrakondensatorer är nära att konkurrera med batterier när det gäller energilagring och snart kan överträffa dem. Med hjälp av en konventionell elektrolyt har företaget visat energilagring på 20 wattimmar per kilogram, till skillnad från ungefär fem wattimmar för en konventionell ultrakondensator. Med hjälp av en dyrare jonisk-flytande elektrolyt har den tillverkat ultrakondensatorer som lagrar 35 wattimmar per kilogram. I slutet av året hoppas företaget kunna ungefär fördubbla denna lagringskapacitet, säger Nanotunes vd Kuan-Tsae Huang. Vid 40 wattimmar per kilogram skulle ultrakondensatorerna vara en förbättring jämfört med batterierna som används i vissa hybridfordon.
Under de senaste månaderna har flera startups meddelat att de använder nanoteknik för att göra bättre ultrakondensatorer. Var och en hoppas kunna hjälpa till att lösa ett av de största problemen med elbilar idag: deras batteriers höga kostnader och begränsade lagringskapacitet. Nissan, till exempel, för att göra sin elektriska Leaf prisvärd, var tvungen att begränsa storleken på batteripaketet, vilket resulterade i en räckvidd på bara 73 miles.
En del av anledningen till att batterisystem är så dyra och skrymmande är att batterierna försämras när de används, särskilt när de utsätts för extrema temperaturer - så biltillverkare utökar dem ofta med kyl- och värmesystem och lägger till extra battericeller för att kompensera för förluster i prestanda över tid. Ultrakondensatorer skulle kunna kringgå detta problem, eftersom de kan laddas utan att försämras och kan fungera bra i ett brett temperaturområde.
Så småningom, säger Huang, kan det vara möjligt att tillverka ultrakondensatorer som lagrar 500 wattimmar per kilogram - ungefär tre till fyra gånger mer än de litiumjonbatterier som används i bilar idag. Den praktiska fördelen kan vara ännu större. Bilar är ofta konstruerade för att bara använda halva lagringskapaciteten av sina batterier, för att hålla dem från att förnedras. Men nästan all lagringskapacitet för en ultrakondensator kan användas.
Nanotunes teknologi är mycket dyr nu - mellan $2 400 och $6 000 per kilowattimme. (Energidepartementet har föreslagit ett mål på $250 per kilowattimme för att göra elfordon konkurrenskraftiga med konventionella.) Nanotune säger dock att dess kostnader kan komma ner till mindre än $150 per kilowattimme om priserna på någon nyckel material, såsom elektrolyter, fortsätter att falla, och när tillverkningen skalas upp.
Företagets prognoser för energilagring baseras på flera framsteg som det arbetar med. Nanotune tillverkar för närvarande elektroder med porer som är cirka 4 till 5 nanometer i diameter, men det säger att det kan göra dem mindre (hög porositet leder till stor yta, vilket gör det möjligt att lagra en stor mängd laddning) och ställa in dem för att matcha behoven hos olika elektrolyter – de jonledande material som elektroderna är nedsänkta i.
Företaget undersöker också att använda joniska vätskor snarare än konventionella organiska elektrolyter. Dessa ökar spänningen i systemet och ökar energilagringen avsevärt, men vanligtvis är de inte kompatibla med konventionella ultrakondensatorelektroder. Slutligen hoppas företaget kunna använda sig av de senaste akademiska resultaten som tyder på att tillsats av små mängder rutenium till ultrakondensatorerna kan öka energilagringen.
Nanotune är inte det första företaget som hävdar att det kan tillverka ultrakondensatorer med mycket hög energilagring. Andra har tyckt att detta löfte är svårt att uppfylla. En ökad yta kan bara förbättra lagringskapaciteten så mycket, eftersom lagringen vid någon tidpunkt begränsas av jonerna i elektrolyten. Joniska vätskor hjälper till med detta, men de har betydande brister, säger Joel schindall , professor i elektroteknik och datavetenskap vid MIT. (Ett företag som heter FastCap Systems , som utvecklar ultrakondensatorer med hjälp av kolnanorör, snurrades ut från hans labb.) De är mycket dyra, för det första, och vissa fungerar bra bara i ett begränsat temperaturområde, vilket gör dem opraktiska för bilar.
Schindall säger dock att Nanotune kan inte nå sina mycket höga energimål och ändå förbättra konkurrenskraften för elfordon och hybrider. Med tanke på hållbarheten hos ultrakondensatorer skulle det vara fantastiskt att till och med uppnå energilagring på 100 wattimmar per kilogram – i närheten av litiumjonbatterier.