Teknisimobil.com – Sejauh ini telah kita bahas tentang jenis-jenis baterai yang mungkin untuk kendaraan listrik, kali ini akan kita bahas superkapasitor untuk kendaraan listrik. Masalah baterai terakhir yang kita bahas adalah Baterai metal-air. Lalu, seperti apa superkapasitor untuk kendaraan listrik? Dan apa itu kapasitor sendiri? Mari kita bahas bersama.
Sebelum mendefinisikan superkapasitor, terlabih dahulu akan didefinisikan apa itu kapasitor. Kapasitor dapat didefinisikan komponen listrik yang memiliki dua terminal pasif yang menyimpan energi potensial di medan listrik. Efek dari kapasitor dikenal sebagai kapasitansi. Sementara beberapa kapasitansi ada di antara dua konduktor listrik yang berdekatan di sirkuit, sebuah kapasitor adalah komponen yang dirancang untuk menambahkan kapasitansi ke sirkuit. Kapasitor awalnya dikenal sebagai kondensor.
Lalu apa itu superkapasitor? Dirujuk dari wikipedia.com, superkapasitor, sering disingkat dengan SC, juga disebut supercap, ultracapacitor atau Goldcap, adalah kapasitor berkapasitas tinggi dengan nilai kapasitansi jauh lebih tinggi daripada kapasitor lainnya (tapi batas tegangan rendah) yang menjembatani kesenjangan antara elektrolit kapasitor dan baterai isi ulang. Superkapasitor biasanya menyimpan 10 sampai 100 kali lebih banyak energi per satuan volume atau massa daripada kapasitor elektrolitik, dapat menerima dan mengirimkan muatan lebih cepat daripada baterai, dan mentolerir lebih banyak siklus pengisian dan pengosongan daripada baterai isi ulang.
[Baca juga: Cara mengganti kanvas rem depan Honda CR-V]
Superkapasitor atau ultrakapasito dapat juga dikatakan sebagai kapasitor besar yang dapat dipakai sebagai penyimpan. Superkapasitor adalah perangkat yang memiliki kekuatan spesifik dan energi spesifik yang rendah (baca: Parameter Baterai untuk Kendaraan Listrik 2; Energi Baterai Mobil Listrik).
Kapasitor adalah perangkat dengan dua pelat konduksi yang dipisahkan oleh isolator. Prinsip dasar sebuah kapasitor ditunjukkan pada gambar di bawah. Tegangan DC dihubungkan ke kapasitor, satu plat positif, yang lainnya negatif. Muatan yang berlawanan pada pelat menarik dan karenanya menyimpan energi. Muatan Q yang tersimpan dalam kapasitor bagi kapasitansi C farads pada tegangan V volt diberikan oleh persamaan berikut
$$
Q=C\times V
$$
Seperti halnya pada roda gila (flywheels), kapasitor dapat menyediakan penyimpanan energi yang besar, walaupun biasanya lebih banyak digunakan dalam ukuran kecil sebagai komponen dalam sirkuit elektronik. Kapasitor penyimpanan energi besar dengan area pelat besar maka disebut ‘supercapacitors’. Energi yang tersimpan dalam kapasitor diberikan oleh persamaan
$$
E=\frac{1}{2}CV^2
$$
dengan $E$ adalah energi yang tersimpan dalam joule. Kapasitansi $C$ bagi sebuah kapasitor dalam farad akan diberikan berdasarkan persamaan
$$
C=\epsilon\frac{A}{d}
$$
dengan $\epsilon$ adalah permitivitas material antara kedua pelat, $A$ adalah luas pelat, dan $d$ adalah jarak antar pelat. Kunci untuk kapasitor modern adalah bahwa nilai $d$ dibuat sangat kecil sekali. Kapasitansi muncul dari formasi pada permukaan elektroda bagi sebuah layer ion-ion elektrolitik (layer ganda). Mereka memiliki area permukaan tinggi, untuk sebagai contoh $1000000 m^2kg^{-1}$, dan sebuah kapasitor $4000F$ farad dapat dimasukkan ke dalam wadah seukuran kaleng sprit.
Namun, masalah dengan teknologi ini adalah tegangan di kapasitor hanya bisa sangat rendah, antara 1 dan 3 V saja. Masalahnya dengan ini jelas dari Persamaan untuk energi pada kapasitor: ini sangat membatasi energi yang dapat disimpan, mengingat kuadrat untuk potensial pada persamaan tersebut. Untuk menyimpan muatan pada voltase yang masuk akal, banyak kapasitor harus dihubungkan secara seri. Ini tidak hanya menambah biaya, tapi juga membawa masalah lain.
Jika dua buah kapasitor $C_1$ dan $C_2$ dihubungkan secara seri maka diperoleh kombinasi kedua kapasitor adalah $C$ yang diberikan dengan persamaan
$$
\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}.
$$
Sehingga, sebagai contoh, dua buah kapasitor 3F dirangkai secara seri akan memiliki sebuah kombinasi kapasitansi sebesar $1,5F$. Menyajikan kapasitor dalam rangkaian seri mereduksi kapasitansi. Sekarang, energi tersimpan meningkat ketika tegangan kuadrat, sehingga hal terseut menghasilkan lebih banyak energi tersimpan, tetapi tidak sebanyak yang dapat diharapkan jika dibandingkan dengan persamaan ketika kapasitor dirangkai seri.
Masalah utama lainnya dengan menempatkan kapasitor secara seri adalah pemerataan muatan. Dalam rangkaian kapasitor secara seri, muatan pada masing-masing harus sama, seperti aliran arus yang sama melalui rangkaian seri. Namun, masalahnya adalah bahwa akan ada sejumlah debit sendiri di masing-masing, karena insulasi antara pelat kapasitor tidak akan sempurna. Jelas, self-discharge ini tidak akan sama di semua kapasitor – hidup tidak seperti itu! Masalahnya adalah bahwa mungkin ada penumpukan muatan relatif pada beberapa kapasitor, dan ini akan menghasilkan tegangan yang lebih tinggi pada kapasitor tersebut. Sudah pasti bahwa kecuali jika ada sesuatu yang terjadi mengenai hal ini, tegangan pada beberapa kapasitor akan melebihi maksimum 3 V, dapat merusak kapasitor yang tidak dapat ditolak.
Masalah perbedaan tegangan ini juga akan diperburuk oleh fakta bahwa kapasitansi kapasitor akan sedikit berbeda, dan ini akan mempengaruhi tegangan. Dari Persamaan yang menjelaskan muatan yang tersimpan di dalam kapasitor, kita dapat melihat bahwa kapasitor dengan muatan yang sama dan kapasitansi yang berbeda akan memiliki tegangan yang berbeda.
Satu-satunya solusi untuk masalah ini, dan ini penting dalam sistem lebih dari enam kapasitor yang dirangkai secara seri, adalah memiliki rangkaian pemerataan muatan. Ini adalah rangkaian yang terhubung ke masing-masing pasangan kapasitor yang terus memantau tegangan di kapasitor yang berdekatan, dan memindahkan muatan dari satu ke yang lain untuk memastikan tegangan di kedua kapasitor sama.
Sirkuit pemerataan muatan ini menambah biaya dan ukuran sistem penyimpanan energi kapasitor. Mereka juga mengkonsumsi energi, meskipun desain tersedia yang sangat efisien dan memiliki konsumsi saat ini hanya 1 mA atau lebih.
Sebuah plot Ragone yang membandingkan supercapacitors dan flwwheel dengan baterai ditunjukkan pada berikut. Pada gambar selanjutnya, menunjukkan sistem penyimpanan energi superkapasitor.
[Baca juga: Beberapa trips & trik untuk kendaraan roda empat]
Dalam banyak hal karakteristik superkapakitor memiliki kemiripan dengan flywheel. Superkapasitor memiliki daya spesifik yang relatif tinggi dan energi spesifik yang relatif rendah. Superkapasitor dapat digunakan sebagai tempat penyimpanan energi untuk pengereman regeneratif. Meskipun bisa digunakan di kendaraan sendiri, mereka akan lebih terbiasa menggunakan hybrid sebagai alat untuk memberi dan menerima energi dengan cepat saat pengereman dan percepatan dilakukan, misalnya di lampu lalu lintas. Superkapasitors secara inheren lebih aman daripada flywheel saat Anda menghindari masalah kerusakan mekanis dan efek gyroscopic. Elektronik daya dibutuhkan untuk menginjak tegangan naik turun sesuai kebutuhan. Beberapa kendaraan telah dibangun dengan superkapasitors yang menyediakan penyimpanan energi yang signifikan.
Referensi: 1) Vincent, C.A. and Scrosati, B. (1997) Modern Batteries, Arnold, London. 2) Shnayerson, M. (1996) The Car That Could, Random House, New York. 3) http://www.economist.com/node/10789409 4) http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery.[]
Komentar ditutup.