Днес по земята се движат над 750 млн. автомобила, които годишно изхвърлят в атмосферата около 4 млрд. тона въглероден диоксид – 15 % от всички антропогенни емисии, представляващи основен фактор за застрашителни промени на глобалния климат. Съдържащите се в изхвърляните газове въглеводороди, азотни оксиди и частици са източник на редица поражения върху околната среда и здравето на хората. Това е основната причина, която принуждава производителите на автомобили да търсят начини за намаляване на вредните емисии. Друга причина са постепенното изчерпване на нефтените запаси и фактът, че по-голямата част от тях се намира в политически нестабилни райони.

Сега най-перспективното решение на тези проблеми е преходът към електромобили с водородно гориво. На замяната на дизеловите и бензиновите двигатели с новия тип двигатели пречат високата цена, големите маса и обем, изискванията към безопасността на резервоарите за водород и др.

Тези пречки може да се минимизират по следния начин. Известно е, че за да се движи равномерно със скорост 120 km/h по хоризонтален път и да изкачва 6 % наклон със скорост 80 km/h, на автомобил с маса 1 тон е необходима само 20 kW мощност на двигателя. Автомобил с такъв двигател обаче би бил твърде тромав – от покой до 100 km/h той би се ускорявал цели 30 s – нещо неприемливо за днешния шофьор. Освен това автомобилът няма запас от мощност, която да позволи ускоряване и достатъчно бързо задминаване на други участници в движението. Ето защо мощностите на двигателите на съвременните автомобили са 50 kW и повече. Осигуряването на запас над 30 kW обаче има две важни последствия. Първо – цената на двигателя се увеличава значително и, второ, при това положение огромната част от времето двигателят работи доста под оптималните условия, което увеличава както разхода на гориво (оскъпява експлоатацията), така и вредите върху околната среда от емисиите.

Един перспективен изход от ситуацията е основната система, която захранва електродвигателя на автомобила, да осигурява мощност 20 kW. Успоредно обаче с нея да има още един източник на енергия, който за кратки интервали от около 15 s е в състояние да осигури допълнителна мощност от порядъка на 53 kW. При това положение общата мощност от 73 kW осигурява достатъчна пъргавина за ускоряване от място и при задминаване.

Въпросът е кой източник може да осигури допълнителна мощност 53 kW и да я поддържа поне 15 s. Необходимата енергия като количество не е много – около 220 Wh. Запасената в обикновен оловен акумулатор с ЕДН 12 V и капацитет 60 Ah енергия е 720 Wh, т.е. – достатъчно. Токът през акумулатора обаче е ограничен примерно до 150 А и следователно мощността, която може да осигури – 1,8 kW, е много под желаните 53 kW. Освен това, въпреки че по принцип са обратими, химичните реакции в акумулатора след неколкостотин цикъла на зареждане и разреждане водят до разрушаване на електродите му. Независимо от многобройните разработки на нови типове акумулатори все още няма акумулатор, който удовлетворява изброените изисквания.

Кондензаторът е уред, в който се натрупват заряди, а тяхното поле също притежава енергия. Тази енергия се натрупва чрез процеси (пренос на заряди), които не включват химични реакции и броят на циклите на зареждане и разреждане е неограничен. Освен това кондензаторите имат и доста същественото предимство: много по-бързо от акумулаторите отдават и възстановяват енергията си.

Големият недостатък на традиционните кондензатори е нищожното количество енергия, което може да се запаси в тях. Енергията например, която се натрупва в някои от често използваните в радио- и ТВ-апаратурите високочестотни хартиени кондензатори с капацитет от порядъка на pF = 10–12 F и напрежение до 450 V, е около 10–6 Ws; в електролитните кондензатори с капацитет до 1 F и напрежения до 25 V – само няколко джаула и т.н.

През последното десетилетие са разработени принципно нов тип кондензатори, чиито капацитет е с няколко порядъка по-голям от този на обикновените електролитни кондензатори. Това са т. нар. суперкондензатори. През 2001 г. бе създаден суперкондензатор с капацитет 1600 F, който при маса 320 g и напрежение 2,5 V натрупва енергия 5000 J = 1,4 Wh в обем, сравним с обема на чаена чаша. За натрупване на необходимите 220 Wh енергия са достатъчни 160 суперкондензатора, чиято маса е напълно приемлива от гледна точка на автомобилостроителите.

За да изпробват възможностите на суперкондензаторите като резервоар на енергия за автомобили, две швейцарски компании са монтирали две батерии, съдържащи съответно по 140 и 142 суперкондензатора. Уредите са свързани по двойки успоредно, а самите двойки – последователно, което осигурява напрежения от 175 до 350 V. При напълно заредени кондензатори мощност от 50 kW се осигурява от ток 150 А.

Използването на батерии от суперкондензатори като доставчик на буферна мощност изисква разработването на устройство, което да управлява потока на енергията към електродвигателя от основния източник и от батериите. Директната връзка между педала на газта и подаването на горивото се заменя от интелигентно контролиращо устройство, което в зависимост от необходимата мощност (зависеща от моментното положение на педалите за газта и на спирачките) определя колко енергия да постъпва към двигателя от резервоара с гориво и колко – от суперкондензаторите. Обратно – при спиране двигателят работи като генератор, преобразувайки кинетичната енергия на автомобила в електроенергия, която зарежда суперкондензаторите. По този начин се осигурява от 5 % до 15 % икономия на гориво.

С помощта на тези съвременни технологии, на автомобил фолксваген – БОРА са монтирани батерия от суперкондензатори и електродвигател, използващ за гориво водород. Прототипът, наречен Hy.Power, в зависимост от условията, изразходва 1,1 kg водород за пробег от 50–100 km. Най-трудното изпитание за прототипа е извършено в началото на 2002 г. При изключително трудни условия той успешно се е изкачил на високия 2005 m Симплонски проход, свързващ Швейцария с Италия.

Повече за тайната на суперкондензаторите можете да научите от статията на П. Шерер и съавторите му, публикувана в списание „Europhysicsnews“, 34/5, 2003 и преведена на български в сп. „Физика“, кн. 2 от 2004 г.