Siêu tụ điện, giải pháp được trông chờ sẽ thay thế pin lithium-ion trên xe điện trong tương lai​

Xe điện đang là xu hướng của tương lai để thay thế sự ô nhiễm môi trường của xe sử dụng động cơ đốt trong. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của xe điện đó là khả năng lưu trữ và thời gian sạc. Khi hầu hết các mẫu xe điện hiện nay đều sử dụng pin lithium- ion và có thời gian sạc lâu hơn nhiều so với cách đổ nhiên liệu truyền thống. Điều này là một rào cản lớn để người dùng thay đổi thói quen từ sử dụng xe xăng qua sử dụng xe điện.

Mới đây, nhiều hãng công nghệ chuyên nghiên cứu về pin và các giải pháp lưu trữ năng lượng đã bắt đầu nghiên cứu một công nghệ mới có tên là Siêu tụ điện (Supercapacitor), với nhiều ưu thế và đây có thể là một giải pháp kết hợp hoặc thay thế pin lithium -ion trong tương lai.

Siêu tụ điện là gì? ​

Siêu tụ điện là loại tụ điện có dung lượng lớn. Chúng có điện dung cao hơn và giới hạn điện áp thấp hơn so với các loại tụ điện khác. Về mặt chức năng, chúng nằm ở đâu đó giữa các tụ điện điện phân và pin lithium-ion.

So sánh nhanh thì chúng:

1. Sạc nhanh hơn nhiều so với pin lithium
2. Có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn so với tụ điện
3. Có tuổi thọ (được đo bằng chu kỳ sạc / xả) ở đâu đó giữa hai loại (nhiều hơn pin có thể sạc lại và ít hơn tụ điện)

Để so sánh tuổi thọ, thì pin lithium-ion trung bình từ 500 đến 10.000 chu kỳ. Còn siêu tụ điện có tuổi thọ dao động từ 100.000 đến một triệu chu kỳ.

Ưu điểm và nhược điểm
Các lợi ích của siêu tụ điện bao gồm:

1. Cân bằng lưu trữ năng lượng với thời gian sạc và xả . Mặc dù siêu tụ điện không thể lưu trữ nhiều năng lượng như pin lithium-ion có cùng kích thước, nhưng siêu tụ điện có thể bù đắp điều đó bằng tốc độ sạc. Trong một số trường hợp, chúng sạc nhanh hơn gần 1.000 lần so với thời gian sạc của pin có dung lượng tương tự. Với tốc độ sạc này, gần như có thể sạc ngay lập tức cho một chiếc xe điện. Trong thực tế, công ty Nawa Technologies đang tìm cách thực hiện ý tưởng đó trên ô tô điện thực sự. Hãy tưởng tượng những chiếc ô tô điện chạy bằng siêu tụ điện (thay vì pin sạc) có thể sạc đầy trong thời gian ngắn hơn thời gian cần thiết để đổ đầy xăng vào động cơ nhiên liệu hóa thạch, thay vì số giờ sạc mà ô tô chạy bằng pin bình thường.
2. Nhiệt độ hoạt động trên phạm vi rộng . Siêu tụ điện có nhiệt độ hoạt động hiệu quả rộng hơn nhiều (từ khoảng -40F đến + 150F).

Ngoài những ưu điểm đó, thì siêu tụ điện cũng còn nhiều vấn đề cần được giải quyết trước khi có thể áp dụng lên ô tô điện như:

1. Tỷ lệ tự phóng điện . Siêu tụ điện không thích hợp để lưu trữ năng lượng lâu dài. Tốc độ phóng điện của siêu tụ điện cao hơn đáng kể so với pin lithium-ion; Chúng có thể tự xả tự do từ 10 - 20% năng lượng mỗi ngày.
2. Mất điện áp dần dần . Trong khi pin cho điện áp đầu ra gần như không đổi cho đến khi sử dụng hết, thì điện áp đầu ra của tụ điện giảm tuyến tính với điện tích của chúng.

Siêu tụ điện có thể được ứng dụng ở đâu?​

Các siêu tụ điện cực kỳ phù hợp với bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi chu kỳ sạc và xả thường xuyên, nhiệt độ hoạt động khắc nghiệt hoặc xả nhanh lượng năng lượng cao. Dưới đây có thể là một số ứng dụng trong tương lai của siêu tụ điện:

1. Giao thông công cộng . Xe buýt và các phương tiện giao thông nội đô có thể được hưởng lợi từ khoảng nhiệt độ hoạt động rộng của siêu tụ điện. Phù hợp với điều điện làm việc khắc nhiệt, dừng đỗ, tắc xe trong nội thành. Tại Trung Quốc, một số xe buýt hybrid đã sử dụng siêu tụ điện để tăng tốc và siêu tụ điện giúp xe điện đi từ điểm dừng này đến điểm dừng tiếp theo, sạc lại tại các trạm.
2. Siêu tụ điện-pin lai. Siêu tụ điện và pin lithium có thể kết hợp điểm mạnh của nhau, khi mà siêu tụ điện cho khả năng tiêu thụ năng lượng nhanh chóng và khả năng lưu trữ lâu dài của pin để tạo nên một khối “pin lai”. Việc hợp nhất thành công các công nghệ này sẽ nâng cao sự cân bằng giữa phạm vi hoạt động và thời gian sạc. Và đây cũng sẽ là giải pháp cải thiện hiệu quả phanh tái tạo của xe điện.

Ps: Các bạn nghĩ sao về công nghệ này?
Xem thêm: Tuổi thọ của pin ô tô điện là bao lâu?