در صد و پنجاه سال اخیر پیشرفتهای زیادی در علم مواد صورت گرفته است و این در حالی است که در اصول تکنولوژی ترمز وسایل نقلیه، تقریبا تغییر زیادی صورت نگرفته است. البته تکنولوژیهای پیشرفته و جدیدی مانند ترمز ضد قفل (ABS)، کالیپر شش پیستونه، سیستمهای ترمز با روتورهای سرامیک کربن و . . . هرگز با ترمزهای قدیمی که یک پد چرمی باعث توقف چرخ چوبی گاریها می شد، قابل مقایسه نیست؛ ولی باز هم عامل نگدارنده خودروهای لوکس امروزی، همان اصطکاک است. اصطکاک گرمای زیادی تولید میکند و گرما اثرات منفی روی عمر قطعات ترمز و در نتیجه عملکرد ترمز خودرو دارد. سیستمهای ترمز خودروهای مسابقهای امروزی برای خنک کردن قطعات ترمز از کانالها و دریچههای هوا استفاده میکنند که مقادیر زیادی از اثرات گرمای ایجاد شده ترمز را خنثی میکنند. این کانالها ممکن است بسته شوند و نتوانند کار خود را به صورت ایده آل انجام دهند. همچنین قطعات اینگونه ترمزها به زودی دچار خوردگی و فرسودگی میشوند و هرچه ترمز محکمتری گرفته شود، آنها سریعتر فرسوده میشوند. در مسابقات استقامت خودروها برای تیمهای شرکت کننده، تعویض همزمان روتورها و لنتهای ترمز در طی بیست و چهار ساعت مسابقه از نظر زمانی مقرون به صرفه نیست.
پس آیا میتوان یک سیستم ترمز طراحی نمود که در آن به جای اصطکاک، نیروی الکترومغناطیسی خودرو را متوقف کند؟ تحقیقات پیوسته در دانشگاه مینه سوتا و دانشگاه تگزاس شمالی در خصوص چنین سیستمهایی در حال نتیجه گیری است. محققین این دانشگاهها موفق به طراحی و ساخت یک سوپرخازن (Supercapacitor) کوچک شدهاند که از جنس ورق کتانی با روکش نانو لوله کربنی(Carbon Nanotube) است، حالتی جامد دارد و وابسته به الکترولیتهای مایع خطرناک نیست. این سوپرخازنهای جدید بر خلاف سوپرخازنهای متداول، که در آنها از الکترولیت شیمیایی مایع و خطرناک استفاده میشود، حجیم و بزرگ نیستند و کوچک و سبک بوده و به عبارت دیگر، برای کاربرد در صنعت خودرو کاملا مناسب هستند، چون نیازی به مراقبت خاصی ندارند. باتریها و خازنها میتوانند به صورت همزمان شارژ یا دشارژ شوند، ولی خازنها میتوانند سریعتر از باتریها شارژ شوند. باتریها برای ذخیره انرژی وابسته به یک فرایند شیمیایی هستند، در حالی که خازنها انرژی را در یک میدان الکتریکی حفظ میکنند. تنها مشکل خازنها این است که خازنها تمام انرژی ذخیره شده را به یکباره تخلیه میکنند، در حالی که باتریها تخلیه انرژی را به آرامی و به صورت خطی انجام میدهند. توقع نداشته باشید که مثلاً شورلت کوروت مدل 2018 با تکنولوژی ترمز سوپرخازن به بازار عرضه گردد، چرا که هنوز این پروژه در مرحله مفهومی (Concept) است. این سوپرخازنها قرار است ابتدا به عنوان منبع تامین انرژی در خودروهای هیبریدی مورد استفاده قرار گیرند که اغلب به وسیله ترمزگیری اصلاح شده و مولد انرژی، شارژ مجدد میگردند. وقتی که یک تکنولوژی به مرحله بهره برداری رسید، میتواند برای کاربردهای دیگری مانند سیستمهای ترمز الکترومغناطیسی سازگار گردد.
منافع عملکردی دیگری نیز در کاربرد این سوپرخازنها وجود دارد. خودروهای امروزی اکثراً= از چدن در روتورهای ترمز خود استفاده میکنند که بسیار سنگین است و همین عامل که مهندسین آن را وزن فنربندی نشده (Unsprung Weight) می نامند(چرا که در زیر سیستم تعلیق خودرو قرار گرفته است)، باعث کاهش کیفیت عملکردی و لذت سواری خودرو خواهد شد. اگر سیستم ترمزی طراحی گردد که بتوان در آن هم عامل گرمایش اصطکاک و هم وزن فنر بندی نشده را کاهش داد، به زودی ترمزگیری خودروها بهبود زیادی خواهد یافت. این سوپرخازنها مانند نمونههایی که اخیرا توسط محققین تولید شدهاند، انعطاف پذیر نیستند و کاملا صلب هستند. رانندگان خودروهای الکتریکی و هیبریدی، ترمزگیری مولد انرژی را در خودروهای خود احساس میکنند. هنگامی که شما در یک خودروی هیبریدی یا الکتریکی ترمز میگیرید یا پای خود را از روی پدال گاز برمی دارید، انرژی جنبشی ناشی از حرکت خودرو توسط موتورالکتریکی ذخیره میگردد و در این هنگام که موتور الکتریکی کار نمیکند، به یک ژنراتور یا مولد برق تبدیل میشود که سپس این انرژی در باتریها ذخیره خواهد شد. بازدهی این روش محدود است، چرا که بستگی کامل دارد به زمانی که طول میکشد تا باتری خودرو انرژی ایجاد شده را ذخیره کند و ممکن است نتواند در نبودن ترمزهای اصطکاکی، ترمزگیری مناسب خودرو را ضمانت نماید. شاید یک سوپرخازن بتواند این مشکل را حل کند.
همانطور که گفته شد، برخلاف باتریها که انرژی را به صورت شیمیایی ذخیره میکنند، خازنها انرژی را در یک میدان مغناطیسی نگهداری میکنند و همانگونه که میتوانند انرژی را به سرعت ذخیره کنند، توانایی تخلیه سریع آن را دارند. یک سوپرخازن قابل انعطاف و جامد، می تواند انرژی را سریعتر از یک باتری ذخیره کند و به موتور الکتریکی یا ترمز الکترومغناطیسی اجازه میدهد تا به صورت کامل انرژی ترمز اصطکاکی را تامین نماید. در نتیجه انرژی جنبشی کمتری در قالب گرما از بین میرود و بازدهی سیستم ترمز افزایش مییابد. همچنین به علت سنگینی قطعات ترمز اصطکاکی، وزن قطعات سیستم ترمز کاهش یافته و وزن فنربندی نشده نیز کمتر خواهد شد. از آنجا که در حال رانندگی، وزن سیستم ترمز و متعلقات آن همراه با سیستم چرخهای خودرو در حال چرخش هستند، وزن فنر بندی نشده در خودرو افزایش می یابد. هرچه وزن فنربندی نشده در خودرو کاهش یابد، عملکرد و بازدهی و عملکرد آن خودرو افزایش یافته و در نتیجه هندلینگ بهتر، لذت رانندگی بیشتر و سواری نرم تری را ارائه میدهد. پروفسور راجش راجامانی (Prof. Rajesh Rajamani) استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه مینه سوتا در آمریکا در خصوص این تکنولوژی جدید می گوید: "باتریها نمی توانند به سرعت انرژی را ذخیره کنند یا آن را تخلیه کنند. وقتی که یک خودرو باید سریعاً ترمز کند، ترمزهای اصطکاکی باید به همراه ترمزهای الکترومغناطیسی به کار روند، زیرا ترمزهای الکترومغناطیسی نمی توانند به سرعت باتری را شارژ نمایند و در نتیجه نمی توانند سرعت خودرو را مطابق خواسته راننده کاهش دهند. برخلاف باتری، یک سوپرخازن می تواند سریعا انرژی را ذخیره و یا تخلیه کند."
