Debatt: Ultrakondensatorer avgörande för elektrifieringen
Det här är en debattartikel. Åsikterna som uttrycks är skribentens egna.
Ultrakondensatorer har använts i fordonsindustrin sedan sekelskiftet, med japanska företag som Honda och Toyota som tidiga innovatörer, men tekniken har utvecklats långsamt i branschen. Ända tills helt nyligen. Frågan är bara varför vi ser ett avgörande teknikskifte just nu? Och vilka för- och nackdelar finns med tekniken?
Sedan ett tag tillbaka har västerländska tillverkare som General Motors och Tesla börjat integrera ultrakondensatorer i sina fordon. Lamborghini har gått samman med MIT för att utveckla ultrakondensatorer som kommer att användas i den senaste linjen av hybridfordon. Även Volvo samarbetar numera med en framstående ultrakondensatortillverkare, Maxwell Technologies (numera ägt av Tesla), för att utveckla ultrakondensatorer för sina fordon.
Men frågan som behöver ställas är: varför nu? Svaret är delvis ny teknisk utveckling, men också att faktorer som elektrifiering och automatisering nu har fått allt större påverkan inom branschen och bortom.
Ultrakondensatorer har tydliga fördelar jämfört med batterier, inklusive mycket lång livslängd (mer än 10 år), snabba laddnings- och urladdningstider, en förmåga att arbeta i extrema miljöer (temperaturer från -40 grader till +65 grader Celsius) och kapacitet att återvinna lagrad bromsenergi för acceleration och därmed uppnå lägre bränsleförbrukning och utsläpp.
Samtidigt finns också betydande nackdelar, såsom höga kostnader och låga energitätheter.
Ultrakondensatorernas roll är inte att ersätta batterierna helt, utan snarare att stödja dem som sekundära strömkällor i en hybridkonfiguration. Batterilivslängden kan nämligen förlängas avsevärt (och driftskostnaden minskas) genom belastningsminskning med ultrakondensatorer som tar över fordonets kortsiktiga och höga effektbehov. Typiska applikationer inkluderar till exempel motorstart och -stopp när fordonet står stilla för att minska utsläpp och bränsleförbrukning, samt energi till servostyrning.
Allt eftersom trenden mot ökad elektrifiering och automatisering förstärks kommer efterfrågan att öka på elektronik och system med kortvarig effekt i fordon, inklusive Wi-Fi, 5G, videostreaming och andra automatiserade system. En ökning av antalet autonoma fordon kommer att leda till behov av väsentligt bättre sammanlänkning mellan fordon. Fler sensorer och IoT-enheter förväntas införlivas i fordonsarkitekturen för att snabbt läsa av trafik- och vägsignaler.
Därigenom ökar kraftbehovet drastiskt. Det är här som den snabba laddningsfördelen med ultrakondensatorer verkligen syns, vilket i sin tur gör att de kan hjälpa till väsentligt med upptagandet av elfordon i samhället i stort.
Ultrakondensatorer bör därför ses som en kritisk del av en fordonsinfrastruktur som genererar mervärde genom lägre ägandekostnader. Bland annat sker det genom att antalet batteribyten blir färre, batteristorleken mindre och bränsleförbrukningen och utsläppen lägre. Ultrakondensatorer gör det också möjligt att sätta in ytterligare enheter i fordonen utan att batteriernas effektbehov blir större.
På detta sätt kan ultrakondensatorer minska den totala ägandekostnaden för fordon och underlätta övergången till elektrifiering och automatisering. I takt med att bilarkitekturen utvecklas mot rena elfordon förväntas ytterligare delsystem börja använda ultrakondensatorer, inklusive säkerhet och drivlina, motorreglage, kylfläktar, oljepumpar, dörrar, elsäten, elektriska fönster, bilvärme och luftkonditionering, samt ljud och video.
Ytterligare utveckling behövs dock inom fordonsindustrin. Inte minst gäller det att förändra fordonsdesignen, men även nya former av kondensatorer som litiumjon- eller grafenbaserade ultrakondensatorer behöver utvecklas. Därmed kan man uppnå högre energitäthet och få ned kostnaderna till en nivå i paritet med litiumjonbatterier – vilket kommer att göra ultrakondensatorerna ännu mer attraktiva i framtiden.
Johan Söderbom, tematisk ledare, smarta elnät och energilagring, EIT InnoEnergy