Σύστημα θέρμανσης με χρήση αγώγιμων νανοσωλήνων άνθρακα για ηλεκτρικά αυτοκίνητα

Σύστημα θέρμανσης με χρήση αγώγιμων νανοσωλήνων άνθρακα για ηλεκτρικά αυτοκίνητα

Οι ερευνητές της Fraunhofer θα εκθέσουν το μοντέλο επίδειξης ενός ενεργειακώς αποδοτικού συστήματος θέρμανσης για ηλεκτρικά αυτοκίνητα στο IAA: ένα επικαλυμμένο φιλμ που παράγει μια ευρεία, ακτινοβολούμενη θερμότητα.

Οι οδηγοί ηλεκτρικών αυτοκινήτων έχουν πλέον έναν λόγο παραπάνω να αγαπούν το καλοκαίρι, γιατί το χειμώνα, η αυτονομία του οχήματος μειώνεται αισθητά λόγω της πρόσθετης ενέργειας που απαιτεί το σύστημα θέρμανσης . Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα δεν παράγουν σχεδόν καθόλου θερμότητα σε αντίθεση με τα συμβατικά επιβατικά οχήματα, τα οποία παράγουν περισσότερη από αρκετή θερμότητα κινητήρα για τη θέρμανση του εσωτερικού. Απαιτείται επιπλέον ηλεκτρική θερμάστρα. Αυτό τροφοδοτείται με ισχύ από την ίδια μπαταρία που παρέχει ενέργεια στον κινητήρα. «Στην πιο δυσμενή περίπτωση, μπορείτε να διανύσετε μόνο τη μισή απόσταση με το αυτοκίνητο», λέει ο Serhat Sahakalkan, διευθυντής έργου στο Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA στη Στουτγάρδη.

Ερευνητές στο IPA ανέπτυξαν α θερμαντήρας πάνελ με βάση φιλμ, ο οποίος παρέχει γρήγορα μια άνετη ζεστασιά στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, η οποία είναι –ιδιαίτερα σε μικρά ταξίδια– πιο αποτελεσματική από τις πρώην ηλεκτρικές θερμάστρες . Η ιδέα της θέρμανσης βασίζεται σε μια μεμβράνη που είναι επικαλυμμένη με αγώγιμους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Για αυτό, οι ερευνητές ψεκάζουν σε ένα πολύ λεπτό στρώμα διασποράς CNT. «Η ταινία είναι κολλημένη στην εσωτερική επένδυση της πόρτας και δημιουργεί μια άνετη ζεστασιά εκεί στην περιοχή του υποβραχιόνιου σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα», εξηγεί ο Sahakalkan. Ο θερμαντήρας λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή Joule: Όταν η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσα από το φιλμ, συναντά μια φυσική αντίσταση μεταξύ των μεμονωμένων νανοσωματιδίων. Αυτές οι «συγκρούσεις» παράγουν θερμότητα.

Η εξαιρετικά λεπτή μεμβράνη θέρμανσης εξοικονομεί ενέργεια και κόστος

Οι συμβατικοί ηλεκτρικοί θερμαντήρες αντίστασης του τύπου που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, χρησιμοποιούν επίσης αυτήν την αρχή. Συνήθως, το αγώγιμο υλικό που χρησιμοποιείται είναι σύρμα χαλκού, το οποίο είναι ενσωματωμένο, για παράδειγμα, σε χαλάκια σιλικόνης. Η λύση των ερευνητών από τη Στουτγάρδη, ωστόσο, προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα: Ενώ οι θερμάστρες από χάλκινο σύρμα που διατίθενται επί του παρόντος είναι σχετικά «ογκώδεις» και καταλαμβάνουν αρκετό χώρο εγκατάστασης, ο θερμαντήρας μεμβράνης αποτελείται από ένα στρώμα αγώγιμου υλικού με πάχος μόλις λίγων μικρομέτρων . Μπορεί να εφαρμοστεί ευέλικτα στις πιο διαφορετικές επιφάνειες και συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας και κόστους λόγω του μικρού βάρους του.



Οι ίδιοι οι CNT έχουν χαμηλή ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας, με αποτέλεσμα η παραγόμενη θερμότητα να απελευθερώνεται απευθείας στο περιβάλλον. Σε αντίθεση με την παραλλαγή με σύρμα, η θερμότητα κατανέμεται ομοιόμορφα εδώ σε ολόκληρη την επιφάνεια του φιλμ, γεγονός που αυξάνει την απόδοση. Όταν ο οδηγός απενεργοποιεί τη θέρμανση, το υλικό κρυώνει εξίσου γρήγορα. ' Αυτοί οι γρήγοροι χρόνοι απόκρισης είναι ιδανικοί για μικρές αποστάσεις, όπως ταξίδια στην πόλη », εξηγεί ο Sahakalkan. Η επιθυμητή ισχύς θέρμανσης μπορεί να ρυθμιστεί απεριόριστα από τον χρήστη. Ακόμη και μεμονωμένα ελαττώματα δεν επηρεάζουν τη λειτουργικότητα. Σε συστήματα θέρμανσης με σύρμα, για παράδειγμα, ακόμη και μικρές ρωγμές στο μέταλλο μπορεί να οδηγήσουν σε αστοχία.

Για να εφαρμοστεί ομοιόμορφα η μεμβράνη στην τοξωτή επένδυση της πόρτας, οι ερευνητές το χωρίζουν σε μικρές μονάδες και στη συνέχεια τις κολλούν στην επένδυση της πόρτας σε τμήματα : «Στις καμπυλότητες προκύπτουν ελαφρές πτυχές, οι οποίες αλλάζουν την απόσταση των ηλεκτροδίων. Τότε δεν θα εξασφαλιζόταν πλέον ούτε η διανομή θερμότητας», αναφέρει ο επιστήμονας. Μακροπρόθεσμα, οι ειδικοί από τη Στουτγάρδη σκοπεύουν να απλοποιήσουν περαιτέρω τη διαδικασία και να ψεκάσουν τη διασπορά CNT απευθείας στα αντίστοιχα εξαρτήματα του οχήματος. «Αυτό θα έκανε τη διαδικασία παραγωγής πολύ πιο οικονομική – ιδιαίτερα σε σύγκριση με λύσεις που βασίζονται σε σύρμα», λέει ο Sahakalkan. Ένα πρώτο μοντέλο επίδειξης του θερμαντήρα φιλμ θα παρουσιαστεί από τους επιστήμονες τον Σεπτέμβριο στο IAA στη Φρανκφούρτη. Η εμπορική έκθεση θα πραγματοποιηθεί από τις 17 έως τις 27 Σεπτεμβρίου, ημέρα τύπου 15 και 16 Σεπτεμβρίου.

Πηγή: Fraunhofer