Onderwerp: Condensator ipv accu

in de Economist van 12 juli een artikel over supercondensatoren.
Die beginnen te verschijnen in auto's, bussen, trams, treinen etc, ipv ('moderne') accu's.

De huidige energie-dichtheid is al 30 a 40% van een Li-Ion accu, en dat neemt snel toe met de verbeteringen.
De vermogensdichtheid is nu al 10 maal zo groot als van een Li-Ion accu, een condensator kan nu eenmaal snel vermogen leveren (geen slome chemische processen (sorry Yellow Boat), geen last van de heer Peukert!).

Komt bij dat laden een erg snel proces is, 30 seconden, en dat 1.000.000 laadcycles (Li-Ion een paar duizend) geen probleem vormen.

Lood heeft zijn langste tijd wel gehad....

Nou dat is wel snel geoordeeld, een super condensator kan een lading maar kort vasthouden, dat maakt een condensator nog geen batterij.
Dus voor bv in een auto energie die vrij komt bij afremmen, kan daarna weer gebruikt worden om op te trekken, maar een buffer voor langere tijd zal het niet worden.

Aan boord heb je er dus nog niets aan.

Ik zeg:een Leidsche Fles!

Enkele jaren terug kwamen die dingen uit de laboratorium fase.
Via een kennis, wiens bedrijf er een paar besteld had zou ik er een kunnen kopen.
Net voor ik betalen zou explodeerde er eentje.
Er zal best al wat aan verbeterd zijn, maar ik wacht er nog even mee tot een ander ze uitgeprobeerd heeft.

Gaan we even rekenen...
Opslag in een accu via een elektrochemisch proces: de lading wordt aangegeven in Ah en dat is gelijk aan 3600 Coulomb (1 Coulomb is 1 Ampère x 1 seconde en er zitten 3600 seconden in een uur)
Opslag in een condensator via een elektrostatisch proces:
De lading wordt aangegeven in Coulomb en is gelijk aan de spanning in Volt x de capaciteit in Farad.
I x t (voor de accu) = U x c (voor de condensator)
Nu naar de energie-inhoud of capaciteit
Accu: Nominale spanning (12V wordt heel veel gebruikt) x de lading in 100Ah (gewoon omdat dit makkelijk rekent) = 1,2kWh of ook 4,32MJ
Stel we willen die 4,32MJ (1,2kWh) opslaan in een condensator, dan moet deze een capaciteit hebben van: C = 4,32MJ/12V is een condensator van 120 Farad.
Nu vind ik een condensator van 120 mf (dus niet 120uF!) echt een flinke jongen, je hebt dan ongeveer een 750ml conservenblik in je handen, en voor 120f heb je een condensator nodig ter grootte van 1000 3/4 liter conservenblikken. Voor energie opslag van enige omvang (zeg 6kWh bij 12V) heb je nu een condensator nodig ter grootte van ca 5000 liter. (mast erop, kiel eronder, roer erachter en een holle boeg en hek eraan, hijs de zeilen en gaan met die banaan)
Door een slim diëlektricum te maken, kan het geheel misschien 30% kleiner worden, maar toch...
Als je oplaadt naar 120V, heb je nog steeds 12 Farad en een elektronische schakeling (een buck-boost regelaar) nodig om de spanning constant te houden rond de 12V, bovendien moet het diëlektricum dan dikker worden. Al met al blijft het een heel karonje!
Mooi is wel dat het laad/ontlaad rendement in de buurt van de 99% ligt (dan dan weer wel) en dat voor de kort durende energieopslag de condensator absoluut de meerdere is van de accu (welke soort dan ook).
Ik denk dat het toch nog een hele tijd duurt voordat Baasklusje in de 'Condensatoravoro' rondvaart (maar je zou het alleen al voor de naam doen! )
De vector van de korte termijn toekomst wijst niet meer naar Lood, maar naar Lithium, maar als er een atomair dunne isolator wordt uitgevonden... dan maakt de condensator een goede kans. Zilver-mica condensatoren waren altijd heel goed (vraag maar aan de 60+ radio/zendamateurs), zou het synthetische mica kunnen worden gemaakt met zilveren elektroden... dan komen we in de buurt!
Bij hele grote condensatoren moet de lading over de condensatorplaten worden verdeeld en duurt het even voordat de lading uit de uiterste hoekjes weer in de draad zit... Toch een Peukert variant!
Tja, de toekomst... Het is niet maar zo dat de uitdrukking "ik hoop dat je in interessante tijden mag leven" een Chinese verwensing is.
Groeten, Peper.

Peper schreef :
dat had de Economist al voor je gedaan:

- 40% van de Li-ion energy density
- 1000% van de LI-ion power-density.

nix heel groot, 2,5 maal zo groot als een Li-ion accu.
enige wat niet genoemd wordt is het bezwaar van henkvd: hoe lang blijft de lading behouden (inwendige weerstand).

er zijn inmiddels:
- de Toyota TS040 raceauto, 520 pk benzine, 480 pk uit de condensator
- de Toyota Yaris Hybrid R
- BMW's en Peugeots in ontwikkeling
- 20.000 autobussen in China die de condensator gebruiken om op te trekken
- 7 tramstellen in Guangzhou (Kanton) die geheel op de condensator rijden, 4 km tussen de haltes, en daar in 30 seconden inductief weer opladen.
- electrische treinen van Bombardier, die rem-energie in de condensator opslaan.
- hijskranen die de energie die vrijkomt bij het laten zakken van een last opslaan in de condensator.

Lees de Economist en twijfel niet langer

Peper,
Wat je daar omschrijft herken ik een beetje van de omschrijving destijds.
Er zou een nieuw dilectrium in zitten.
Aan de voeding, generatorzijde iets wat de spanning op een aantal kilovolt kon brengen, aan de verbruikerskant werd dat weer terug naar 12 volt gebracht.

Wanneer al die gegevens met een korreltje zout werden genomen zou het er op neer komen dat hetzelfde volume 2 keer de accucapaciteit had bij een veel minder gewicht.
Hij zou gewoon in de plaats van een accu kunnen.
Ik dacht dus zo een ding en dan nog een ouderwetse accu ernaast voor het geval dat iets mis zou gaan.

De prijs viel nog wel mee (in de aanloopfase?)ergens nabij de 1000 euro.
Maar ik was maar wat blij dat het ding plofte net voor ik het (betaald) had
Het zal je gebeuren dat net na zo ding geplaatst te hebben de zaak ploft.

Ik ben er flink wantrouwender van geworden voor de aanprijzingen op internet.
Ik koop liever in een winkel waar ik het artikel eerst in de hand kan hebben en beoordelen.

Free Bird schreef : En wat blijft dáár aan de strijkstok hangen?

Wat ik tot nu toe hier heb gemist m.b.t. gebruik van een condensator aan boord i.p.v. een accu is het feit dat alle voorbeelden o.a. remenergie gebruiken ( treinen en bussen bijv.).Overigens reden ( of rijden nog steeds ?) er in ik meen Zürich ( Zwitserland , niet Friesland ) bussen die de remenergie opsloegen in vliegwielen i.p.v. condensatoren.
Omdat daarvoor geen extra electronica en electroptoren nodig zijn is dat eigenlijk nog gunstiger.
Alleen ook niet toepasbaar aan boord.
En dat soort anders verloren gaande energie heb je nu eenmaal niet aan boord.
En dat hergebruik van anders verloren gegaande energie is een van de belangrijkste drijfveren geweest om dat soort zaken te ontwikkelen.
Daarom vraag ik me echt af wat voor voordeel er nou echt aan een condensator aan boord zal zitten?
Ad

Albert,

Je weet wat je koopt en kunt ter plekke vergelijken.

Ik dacht ooit een prima windgenerator op internet gekocht te hebben, een wat grotere voor een boerderij.
De gegevens op internet als juist aangenomen.
Uiteindelijk het ding wel werkend gekregen, maar pas na opnieuw wikkelen en de wieken aanpassen.
Het verschil (wanneer ik de arbeid zou rekenen) zou niet aan die strijkstok kunnen blijven kleven.

Verder probeer ik graag wat uit, daar leer je een hoop van.
Ook al kost het geld, het gaat om de lol van het uitvinden en verbeteren.
Zo een condensator leek me wel wat.

Voorlopig volg ik de bevindingen van Sunday en Peper met de LiFeP4 (?) accu.
Wanneer ik over een paar jaar nieuwe nodig heb wil ik wat beter op de hoogte zijn dan bij die condensator.

Peper schreef :
Die laatste zin klopt niet, het moet zijn:

De opgeslagen energie in een condensator is E = ¹/₂.C.V²
Als E = 4.32 MJ en V = 12 V
dan:
4.32 MJ = ¹/₂.C.12²
C = 8.64 10⁶/144 F = 60 kF (kilo-Farad)

Zie ik een supercap nog niet doen.

Bij een spanning van 100V, die je dan met een converter terugbrengt naar de 12V voor het boordnet, is dat nog steeds 864 F. Bij 1 kV heb je dan nog 8.64 F nodig. Maar supercaps die 1 kV kunnen weesrtaan, lijkt me sterk.

hier zie je een auto gestart worden vanaf een setje kleine supercaps
dit is een filmpje uit 2013.

ik heb me er nooit in verdiept, behalve dat ik me dit filmpje nog kon herinneren, dus heb ik hem even uit mijn youtube historie gevist.

in het filmpje zie je op het einde ook een testje met de radio, na 30 minuten is het voltage nog maar 10 volt.

ik denk dat je dit in een hybridevorm moet zien, dat geeft hij zelf idd ook aan.

Ik vrees dat je er als lichtaccu niks aan hebt. de capaciteit in Ah is gewoon te klein, maar ook de zelfontlading is te hoog.

Oeps, rekenfoutje! Bedankt WindVector!
Dat wil daarmee ook zeggen dat de condensator nog veel groter zal worden en dus eigenlijk nog niet aan de volume eisen zal voldoen voor energie opslag voor de langere termijn.
Supercaps hebben een heel dun diëlektricum en kunnen daarom zo klein zijn in verhouding tot hun capaciteit. Bij hogere spanningen kan zo een dun diëlektricum makkelijk 'doorslaan' en Saeftinghe heeft ervaring met wat er dan gebeurd.
Voor de korte termijn is de condensator wel een goed ding, gezien het goede laad-ontlaad rendement.
@Saeftinghe, je had mij al op de hoogte gesteld van jouw condensator ervaring en ik anticipeerde een post van jou in dit onderwerp.
@YellowBoat, in Luzern staat het 'Verkehrshaus' een soort 'openbaar vervoer museum'. Daar hebben ze die treinstellen staan met vliegwiel. Voor techneuten een heel leuke plek om rond te lopen!
In Zwitserland zijn er voor tractie gelijkstroom netten (trein en trolleybus, Luzern is één van de weinige steden, samen met Arnhem, met een trolleybus net). Gelijkstroom is lastig te converteren naar andere stroom/spanning verhoudingen (probeer maar eens 60V gelijkspanning uit een 17V zonnepaneel te halen, maar dat is mijn probleem). De Zwitsers hebben dan ook een deel van hun tractie netwerk op een frequentie van 33,3Hz omgezet. Gelijkstroom motoren met een serie of shunt veldmagneetwikkeling hebben bij deze lage frequentie nog geen beperking van de inductie en toch kun je met deze frequentie transformatoren bouwen voor de verschillende netwerk onderdelen. (de grootte van een transformator is omgekeerd evenredig met de werkingsfrequentie, dus dat zijn enorme dingen!)
@Baasklusje, voor het opslaan van remenergie om deze bij de volgende acceleratie weer in te zetten, is de condensator heus een prima ding. Dit is dan wel korte termijn opslag en hier wint de condensator het zeker van de accu! Dit is voor mijn bootje niet interessant, ik kan niet 'recuperatief remmen' zoals dat heet, iets wat auto's, treinen en mogelijk vliegtuigen wel kunnen. De condensator opladen via een sleepgenerator of schroefasgenerator als je zeilt, is een optie, maar de accu technologie is op dit moment dan nog superieur want je kunt er langer over doen.
Als het om een korte laad-tijd gaat is de condensator beter, die kun je in een seconde opladen tot een hoge spanning en daarmee een 'bult' energie. Dat gaat met een accu niet.
Het behoud van lading in een condensator is geheel afhankelijk van de kwaliteit van het diëlektricum. Mica was bijna ideaal. Is er ergens in het diëlektricum een 'zwakke plek', dan krijg je de 'Saeftinghe experience'!
Op het moment dat de technische ontwikkeling de energie inhoud van de condensator 'langszij' brengt aan de energie inhoud van fossiele brandstoffen (omzettingsrendementen en volume en gewicht meegerekend), zal deze het van de accu's overnemen (als de ontwikkeling van de accu's dit punt niet eerder bereikt). Tenzij de kleine fusiereactor dit punt eerder bereikt... dan gaat het met de condensator en de accu niet verder en is het zoiets als mijn emotie bij het vinden van een oude germanium transistor in de berg meuk in mijn hobbyhok: 'Ach, kijk een OC13, is die niet schattig!'
Groeten, Peper.

@Mephisto,
Die hoge zelfontlading verbaast me, een goed diëlektricum zou dat niet mogen veroorzaken. Wat wel kan is dat het converter deel in nullast toch relatief veel stroom verbruikt.
De cijfers uit de Economist zouden gebaseerd kunnen zijn op de condensator zonder de conversie rendementen er in te betrekken en dan kan het resultaat wiskundig mooi zijn, maar praktisch is het dan zoals in het YouTube filmpje.
Groeten, Peper.

het kan ook zijn dat die auto gewoon als hij uit staat nog een lekkere ruststroom gebruikt.

De supercaps die hij daar gebruikt zullen echt niet meer als 3 tot 6 Ah zijn als je ziet hoe ver het voltage in zakt als de radio een half uur speelt in die auto.

eigenlijk zou je de massa los moeten halen en die na een dag of 3 weer aan moeten sluiten en nogmaals moeten kijken. dit is natuurlijk een licht vertekend beeld.

maar goed, ik heb me er verder als dit filmpje nooit in verdiept.

@ peper,

"Ervaring" heb ik er gelukkig niet mee, ook geen financiële.

Het gebeurde net allemaal voor ik zou betalen en het ding opgestuurd zou worden.

Ik was gewoon te goedgelovig voor de beweringen die via de internet site gegeven werden.
Net op tijd wat geleerd en geen leergeld hoeven te betalen.
Soms heb ik wel eens geluk.