Baterije i superkondenzatori za upotrebu u drumskim vozilima

U današnjem dobu rastuće svijesti o zaštiti okoliša i potrebe za održivim oblicima transporta, baterije i superkondenzatori su postali ključni elementi u razvoju naprednih sistema napajanja za drumski saobraćaj. Tradicionalni fosilni gorivi pogoni sve više ustupaju mjesto električnim i hibridnim vozilima koja se oslanjaju na napredne energetske skladišne sisteme kako bi omogućila veći doseg, poboljšane performanse i smanjenu emisiju štetnih gasova.

Baterije, posebno litijum-jonske baterije, predstavljaju vodeću tehnologiju za skladištenje električne energije u drumskim vozilima. One omogućavaju efikasno punjenje i pražnjenje električne energije, pružajući vozilima potrebnu snagu za pokretanje motora i napajanje električnih sistema. S druge strane, superkondenzatori su napredni elektrohemijski uređaji koji imaju visoku brzinu punjenja i pražnjenja, što ih čini idealnim za brzo otpuštanje velike količine energije tokom ubrzavanja i regenerativnog kočenja u drumskim vozilima.

Ovaj seminarski rad će istražiti osnove baterija i superkondenzatora za upotrebu u drumskim vozilima. Proučit ćemo principe rada litijum-jonskih baterija i njihove karakteristike, kao i potencijalne prednosti i izazove njihove primjene u električnim vozilima. Također ćemo se upoznati sa osnovama superkondenzatora, njihovom strukturom i funkcionalnostima, te razmotriti načine kako se mogu integrisati u energetske sisteme drumskih vozila.

Dalje, razmotrit ćemo ključne faktore koji utječu na performanse baterija i superkondenzatora, kao što su kapacitet, energetska gustina, brzina punjenja i pražnjenja, životni vijek i sigurnost. Također ćemo istražiti najnovija istraživanja i razvojne trendove u oblasti baterija i superkondenzatora za drumski saobraćaj, uključujući napredne materijale, tehnike proizvodnje i optimizaciju performansi.

Baterije u drumskim vozilima, kao i u drugim aplikacijama, skladište hemijsku energiju u obliku reaktivnih vrsta proizvedenih tokom „punjenja” i dizajnirane su da ovu energiju oslobađaju kao električnu energiju tokom „pražnjenja”. Kako bi se shvatilo u kojoj mjeri različiti kandidatski sistemi baterija mogu ispuniti zahtjeve drumskih vozila, prvo je potrebno razumjeti kako baterije rade.

Ključni kriteriji za baterije:

• Kapacitet
• Energija
• Snaga
• Prihvatanje punjenja
• Vijek trajanja i način kvara
• Termički problemi
• Troškovi

2.1 Kapacitet

Kapacitet baterije se odnosi na količinu električne energije koju može isporučiti, u kulonima (amper-sekundi, As) ili amper-satima (Ah), prije nego što se potpuno isprazni . Teorijski kapacitet ćelije dat je izrazom:

gdje je x broj molova reaktanta potrošenog u potpunom pražnjenju ćelije, n je broj elektrona prenjetih po molekulu tokom reakcije i F je Faradejeva konstanta (96 485 kulona).

2.2 Energija

Količina energije pohranjene u bateriji je proizvod kapaciteta i napona pri kojem je kapacitet obezbeđen, tj. Ah × V, i navodi se u vat-satima, Wh. Za rad u cestovnom vozilu, sposobnost skladištenja energije treba biti osigurana uz minimalnu kaznu težine. U suštini, baterija treba da ima visoku ‘specifičnu energiju’, odnosno visoku izlaznu energiju po jedinici mase, Wh kg

U vozilima je zapremina koju zauzima baterija podjednako važna, tako da treba i baterija.  Konačno, visoka ‘kulombička efikasnost’, tj. {charge out}:{charge in}, je prednost jer ovo čuva primarnu energiju. Ovo je također poznato kao ‘amper-sat efikasnost’ i obično se izražava u postocima.