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Os ultracapacitores podem substituir as baterias?

No vídeo sobre os carros elétricos (veja aqui) citamos o projeto da Lamborghini Sian, que é um supercarro híbrido elétrico com supercapacitores no lugar das baterias.

Ficou intrigado como isso funciona e quer saber mais sobre esse assunto? 
O portal "interestingengineering.com" fez um comparativo entre as duas tecnologias e nos respondem se os ultracapacitores poderiam substituir as baterias dos carros elétricos em um futuro próximo. A tradução completa da matéria pode ser vista logo abaixo.

Podemos afirmar que os supercapacitores ainda são protótipos, e não poderiam substituir totalmente as baterias nos dias de hoje. Porém, diversos estudos estão acontecendo para que eles possam ser mais amplamente utilizados no futuro, possivelmente substituindo as baterias de íons de lítio, mas isso deve demorar alguns anos antes que possa ser atrativa tecnologica e financeiramente, e também, em espaço e peso.

Uma das mais recentes pesquisas, uma colaboração entre cientistas da Rice University e da Queensland University of Technology, mostrou que utilizando o grafeno (do grafite) na fabricação dos supercapacitores seria possível liberar grandes quantidades de energia em pouco tempo, visando assim, substituir as baterias por grandes quantidades de supercapacitores espalhados por todo o veículo.  Esse projeto é bastante interessante e tem um excelente potencial, pois os supercapacitores são menos nocivos ao meio ambiente e não são tóxicos, recarregam mais rápido e são mais leves e seguros.

Um abraço.

Carlos Eduardo Koch

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Link da matéria original:

--- matéria original traduzida ---
Ultracapacitores são impressionantes. Mas eles poderiam substituir as baterias em futuros veículos elétricos?

Embora tenham vantagens significativas sobre as baterias, eles são muito mais leves, mais rápidos de carregar, mais seguros e não tóxicos, existem algumas áreas em que as baterias ainda são superiores. Pelo menos por enquanto.
Com as recentes aquisições de fabricantes de ultracapacitores como Tesla, o ultracapacitor pode estar à beira de destronar as baterias como fonte de energia para carros elétricos.

O que é um ultracapacitor?
Os ultracapacitores, também chamados de supercapacitores ou capacitores eletroquímicos, são um tipo de sistema de armazenamento de energia que vem ganhando popularidade nos últimos anos. Eles podem ser vistos como um cruzamento entre um capacitor comum e uma bateria, mas diferente de ambos.

Assim como uma bateria, as células ultracapacitadoras têm um eletrodo positivo e negativo separado por um eletrólito. Mas, diferentemente das baterias, os ultracapacitores armazenam energia eletrostaticamente (como um capacitor) em vez de quimicamente como uma bateria.

Os ultracapacitores também têm um separador dielétrico que divide o eletrólito - exatamente como um capacitor. Essa estrutura celular interna permite que os ultracapacitores tenham uma densidade de armazenamento de energia muito alta, principalmente quando comparados a um capacitor normal.

Quando comparados às baterias, os ultracapacitores armazenam menos energia do que uma bateria de tamanho semelhante. Mas eles são capazes de liberá-lo muito mais rapidamente, pois a descarga não depende de uma reação química.

Outro grande benefício deles é que eles podem ser recarregados muitas vezes com pouca ou nenhuma degradação (mais de 1 milhão de ciclos de carga e descarga não é incomum). Isso ocorre porque nenhuma alteração física ou química ocorre quando uma carga é armazenada dentro deles.

O material de eletrodo mais comumente usado para supercapacitores é o carbono de várias formas, como carvão ativado, tecido de fibra de carbono, carbono derivado de carboneto, aerogel de carbono, grafite (grafeno) e nanotubos de carbono (CNTs).

Os supercapacitores são usados em aplicações que exigem muitos ciclos rápidos de carga / descarga, em vez de armazenamento compacto de energia a longo prazo. Além disso, eles são usados em boosters de carro e bancos de potência.


Os ultracapacitores podem substituir as baterias?
A resposta a esta pergunta depende muito da aplicação desejada. Ambos oferecem vantagens e desvantagens sobre o outro. Como mencionado anteriormente, as baterias têm uma densidade de energia muito maior que os ultracapacitores.

Isso significa que eles são mais adequados para aplicações de maior densidade de energia e podem permitir que um dispositivo funcione por mais tempo. Os ultracapacitores têm uma densidade de energia muito maior que as baterias. Isso os torna ideais para aplicações de alto consumo, como acionar um carro em aceleração.

Os ultracapacitores têm uma vida útil muito mais longa que as baterias. Uma bateria comum suporta cerca de 2000-3000 ciclos de carga e descarga, enquanto os ultracapacitores geralmente podem suportar mais de 1.000.000.

Os ultracapacitores são muito mais seguros e consideravelmente menos tóxicos. Eles não contêm produtos químicos nocivos ou metais pesados e é altamente improvável que explodam como as baterias.

Os ultracapacitores têm uma faixa operacional muito maior quando comparados às baterias. Eles batem as baterias nesta área e podem operar entre -40 e +65 graus Celsius.

Os ultracapacitores podem ser carregados e descarregados muito mais rapidamente do que as baterias, geralmente em segundos. As baterias, por outro lado, carregam muito mais lentamente (dependendo do tamanho e tipo).

Os ultracapacitores também são muito mais eficientes na descarga automática do que as baterias.

Muitos ultracapacitores também têm uma vida útil muito mais longa quando comparados às baterias. Algumas, como as células SkelCap, podem ser armazenadas por até 15 anos com pouco ou nenhum declínio de capacidade.

Como em qualquer tecnologia, o principal fator para sua aplicação é o custo x benefício. Ultracapacitores tendem a ser a escolha mais econômica a longo prazo para aplicações que precisam de pequenos picos de energia.

As baterias, no entanto, são uma opção muito melhor para aplicações que exigem corrente constante e baixa ao longo do tempo.


Os ultracapacitores poderiam substituir as baterias em futuros carros elétricos?
Como vimos, os ultracapacitores são mais adequados para situações em que é necessária muita energia em pouco tempo. Em termos de carros elétricos, isso significaria que eles seriam melhores que as baterias quando o veículo precisar de picos de energia - como durante a aceleração.

De fato, é exatamente isso que a Toyota fez com o carro-conceito Yaris Hybrid-R. Utiliza um supercapacitor para esse fim.

A PSA Peugeot Citroën também começou a empregar ultracapacitores como parte de seus sistemas de economia de combustível no sistema start-stop. Isso permite uma aceleração inicial muito mais rápida.

O sistema i-ELOOP da Mazda também usa ultracapacitores para armazenar energia durante a desaceleração. A energia armazenada é então usada para os sistemas de partida / parada do motor.

De modo geral, os ultracapacitores ainda não substituem as baterias em veículos elétricos. Por esse motivo, baterias, como Li-on, serão provavelmente a fonte de alimentação preferencial dos VEs no futuro próximo, até que uma alternativa melhor possa ser desenvolvida, é claro.

Muitos acreditam que é provável que os ultracapacitores se tornem cada vez mais comuns como sistemas de regeneração de energia durante a desaceleração. Essa energia armazenada pode ser reutilizada durante períodos de aceleração, em vez de substituições diretas de baterias.


No entanto, de acordo com este estudo, eles podem ter aplicações em veículos híbridos no lugar de baterias quando "a demanda de energia é menor que a capacidade de potência do motor elétrico; quando a demanda de energia do veículo excede a do motor elétrico, o motor é operado para atender à demanda de energia do veículo e fornecer energia para recarregar a unidade de supercapacitor ".

Pesquisas recentes sobre supercapacitores baseados em grafeno podem significar que os dias da bateria em carros elétricos poderão acabar em breve. O estudo, uma colaboração entre cientistas da Rice University e da Queensland University of Technology, resultou em dois artigos, publicados no Journal of Power Sources and Nanotechnology.

Esta solução consiste em duas camadas de grafeno com uma camada de eletrólito entre elas. Este filme é forte, é capaz de liberar grandes quantidades de energia em pouco tempo.

Mas isso é um dado, afinal é um supercapacitor. O que diferencia este estudo é que eles sugerem que as baterias podem ser substituídas por grandes quantidades de supercapacitores nos futuros veículos elétricos como substituto de baterias volumosas.
Isso pode incluir a integração em painéis da carroceria, painéis de teto, pisos e até portas, por exemplo. Em teoria, isso poderia fornecer ao veículo toda a energia necessária e torná-lo consideravelmente mais leve que os veículos elétricos movidos a bateria.

Esse EV também seria recarregado consideravelmente mais rápido que os movidos a bateria. Mas, como todos os ultracapacitores, essa solução ainda não pode armazenar tanta energia quanto as baterias comuns.

"No futuro, espera-se que o supercapacitor seja desenvolvido para armazenar mais energia do que uma bateria de íon de lítio, mantendo a capacidade de liberar sua energia até 10 vezes mais rápido - o que significa que o carro pode ser totalmente alimentado pelos supercapacitores em seu corpo", disse o co-autor do estudo, Jinzhang Liu.

"Depois de uma carga completa, este carro deve ser capaz de percorrer até 500 km (310 milhas) - semelhante a um carro movido a gasolina e mais do que o dobro do limite atual de um carro elétrico".

Os fabricantes de veículos elétricos também podem se interessar pela possibilidade de ultracapacitores para carros futuros. A Tesla, por exemplo, tomou a iniciativa e adquiriu recentemente um fabricante de ultracapacitores e um de componentes de baterias.

Tempos interessantes à frente parece.
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