La carica dell'Ultra

Nel 1995, una piccola flotta di innovativi autobus elettrici hanno iniziato a percorrere percorsi di 15 minuti attraverso un parco all’estremità settentrionale di Mosca. Un decennio più tardi, qualche dozzina di gru portuali in Asia, un paio di treni di metropolitana leggera in Europa e un battaglione di camion della spazzatura negli Stati Uniti si sono uniti ai loro ranghi high-tech.

Un’infarinatura di veicoli per il trasporto di massa e di macchine industriali può sembrare una rivoluzione debole, ma rivoluzionaria è. A differenza della maggior parte dei loro parenti elettrici, questi veicoli condividono tutti una caratteristica chiave: non funzionano a batterie. Invece, sono alimentati da ultracondensatori, che sono versioni truccate di quel collaudato cavallo di battaglia dell’ingegneria elettrica, il condensatore.

Un banco di ultracondensatori rilascia un'esplosione di energia per aiutare una gru a sollevare il suo carico; catturano poi l'energia rilasciata durante la discesa per ricaricarsi. Autobus, tram e camion della spazzatura alimentati dai dispositivi percorrono tutti brevi tratti prima di fermarsi, ed è durante la frenata che gli ultracondensatori possono ricaricarsi parzialmente con l'energia normalmente sprecata, dando ai veicoli gran parte dell'energia di cui hanno bisogno per raggiungere la loro destinazione. prossime destinazioni.

Poiché non è coinvolta alcuna reazione chimica, gli ultracondensatori, noti anche come supercondensatori e condensatori a doppio strato, sono molto più efficaci nello stoccaggio rapido e rigenerativo dell’energia rispetto alle batterie chimiche. Inoltre, le batterie ricaricabili solitamente si degradano nel giro di poche migliaia di cicli di carica-scarica. In un dato anno, un veicolo ferroviario leggero può effettuare fino a 300.000 cicli di ricarica, ovvero molto più di quanto una batteria possa sopportare. (Sebbene i sistemi di accumulo dell’energia a volano possano essere utilizzati per aggirare questa difficoltà, è necessario un sistema di trasmissione pesante e complicato per trasferire l’energia.)

La sinergia tra batterie e condensatori – due dei componenti più robusti e antichi dell’ingegneria elettrica – è cresciuta, al punto che gli ultracondensatori potrebbero presto diventare indispensabili per l’elettricità portatile quasi quanto lo sono ora le batterie.

Gli ultracondensatori sono già ovunque. Milioni di essi forniscono energia di backup per la memoria utilizzata nei microcomputer e nei cellulari. Forniscono inoltre brevi scariche di energia a numerosi prodotti di consumo contenenti batterie. In una fotocamera, ad esempio, un ultracondensatore può prolungare la durata della batteria fornendo la grinta per funzioni ad alta intensità energetica, come lo zoom per un primo piano.

Forse la cosa più interessante è ciò che gli ultracondensatori potrebbero fare per le auto elettriche. Vengono studiati come sostituti delle batterie delle auto ibride. Nelle auto normali, potrebbero contribuire a livellare il carico della batteria potenziando l’accelerazione e recuperando energia durante la frenata. I momenti più letali per la durata di una batteria sono i momenti in cui viene sottoposta a impulsi ad alta corrente e caricata o scaricata troppo rapidamente. Convenientemente, fornire o accettare energia durante eventi di breve durata è il punto di forza dell'ultracondensatore. E poiché i condensatori funzionano bene a temperature fino a –40°C, possono dare una spinta alle auto elettriche quando fa freddo, quando le batterie sono al peggio.

Gli ultracondensatori disponibili in commercio soddisfano già in una certa misura queste esigenze e possono fornire una potenza molte volte superiore a quella di batterie dello stesso peso o dimensione. Ma in termini di quantità di energia che possono contenere, gli ultracondensatori sono molto indietro. La differenza principale è che le batterie immagazzinano energia nella maggior parte del materiale, mentre tutte le forme di condensatori immagazzinano energia solo sulla superficie di un materiale. Come una batteria, un ultracondensatore è riempito con una soluzione ionica - un elettrolita - e i suoi collettori di corrente si attaccano agli elettrodi e conducono la corrente da e verso essi. I collettori sono rivestiti con una sottile pellicola di carbone attivo che ha una superficie di ordini di grandezza maggiore rispetto ai normali condensatori. La quantità di area superficiale nei progetti di ultracondensatori è stata finora limitata dalle limitazioni nella porosità del carbone attivo.