Kako delujejo superkondenzatorji

V tem prispevku bomo razumeli, kaj je superkondenzator, kako zelo podoben ali drugačen navadnemu kondenzatorju, kjer se uporablja, in naredili bomo primerjavo med baterijami in superkondenzatorji, da bi ugotovili, kateri izmed njih je boljši.

Razumejmo osnove navadnega kondenzatorja.

Kako deluje navadni kondenzator

Kondenzator je pasivna elektronska komponenta, ki lahko shrani majhno količino elektrostatične energije med prepletenim prevodnim in dielektričnim materialom.

Kondenzator lahko napolnimo in izpraznimo hitro, zaradi te lastnosti jih uporabljamo kot gladilke napetosti v vseh napajalnih tokokrogih.

Vsi kondenzatorji imajo nekatere lastnosti, prevlečene s telesom, kot so delovna temperatura, delovna napetost in vrednost kondenzatorja, ki je običajno od nekaj pikofarad do nekaj tisoč mikrofaradov.

Kondenzatorji, ki jih običajno najdemo v potrošniški elektroniki, so keramični, poliestrski, papirni itd. Te vrste kondenzatorjev imajo običajno majhno kapacitivnost v območju od nekaj pikofarad do manj kot mikro farad.

Tiste z večjo kapacitivnostjo so elektrolitskega tipa, ki ima kapacitete od 0,1uF do nekaj tisoč mikrofaradov.

Elektrolitski kondenzator poveča svojo zmogljivost shranjevanja naboja z dodajanjem tkiva, namočenega z nekaj kemičnega elektrolita kot dielektrika, in na katero koli stran z aluminijasto folijo, kot je prikazano na sliki.

Sklop aluminija in tkanin je valjan v obliki valja in nameščen v aluminijasto ohišje. Premer zvitka, višina in debelina tkiva določajo različne parametre kondenzatorja.

Elektrolitski kondenzatorji so polarizirani, kar pomeni, da ima anodni in katodni priključek in ne smemo zamenjati polaritete vhodnega napajanja kondenzatorja kot pri drugih vrstah kondenzatorjev.

Kako delujejo superkondenzatorji

Superkondenzator se imenuje tudi ultrakondenzator ali dvoslojni kondenzator. Superkondenzator ima izjemno zmogljivost shranjevanja naboja in ga običajno merimo v Faradu (brez mikro ali pico ali nano predpon).

Superkondenzator lahko sega od nekaj Faradov do nekaj tisoč Faradov. Za razliko od običajnih kondenzatorjev ima superkondenzator nižjo delovno napetost, ki je običajno med 2,5 V in 2,7 V.

Povezani so zaporedno in vzporedno, da se poveča prepustnost iz kondenzatorskega sklopa.
Superkondenzatorji se uporabljajo tam, kjer baterije ne morejo učinkovito obvladati dane naloge, za takojšnje regenerativno zaviranje v vozilih. Kinetična energija se pretvori v električno energijo in jo nekaj časa shrani ter ponovno uporabi za pospešitev vozila.

Ta mehanizem izboljša splošno učinkovitost vozila. Toda samo z uporabo baterij zajem energije ni učinkovit. Številni proizvajalci avtomobilov eksperimentirajo s superkondenzatorjem v kombinaciji z baterijami in naj bi izboljšali splošno učinkovitost sistema.

Supercapacitor ima boljše cikle polnjenja in praznjenja v primerjavi z baterijami. Tipična litij-ionska baterija, ki jo najdemo v naših pametnih telefonih, ima približno 1000 ciklov polnjenja in praznjenja, medtem ko ima kot superkondenzator več kot milijon ciklov polnjenja in praznjenja.

Baterije poslabšajo svojo učinkovito zmogljivost, če se baterija dlje časa izprazni pod določeno napetostjo. Superkondenzator nima takšnih omejitev, lahko gre vse do nič voltov.

Toda puščanje katerega koli kondenzatorja v daljšem časovnem obdobju, približno eno leto, brez polnjenja, lahko poslabša njegovo sposobnost zadrževanja naboja zaradi kemične reakcije med ploščami kondenzatorja.

Izdelava superkondenzatorja:

Izdelava superkondenzatorjev je v osnovi enaka običajnemu kondenzatorju, le da je razlika v vrsti uporabljenega materiala, za povečanje zmogljivosti shranjevanja energije pa se uporablja neka metoda.

Superkondenzatorji imajo prevodne plošče na obeh straneh separatorja, namočene v elektrolit, separator pa je zelo tanek dielektrični material iz plastike ali ogljika ali papirja.

Separator je zelo tanek v primerjavi z običajnim kondenzatorjem, da se poveča učinkovitost prenosa ionov med ploščami.

Superkondenzatorji se včasih imenujejo dvoslojni, ker ko se plošče na obeh straneh napolnijo, na obeh straneh separatorja nastane naboj, kot je prikazano na sliki.

Do zdaj bi imeli idejo o superkondenzatorju in njegovem temeljnem delovanju.

Baterija vs Supercapacitor:

Primerjajmo gostoto in težo energije v baterijah in superkapah.

Litij-ionski in litij-polimer imata največjo gostoto energije v primerjavi s katero koli drugo tehnologijo akumulatorjev, ki je na voljo v prodaji. To je razlog, zakaj so naši pametni telefoni in druga prenosna elektronika izdelani iz li-ion / polimera.

Gostota energije superkap je v primerjavi z litijevimi baterijami precej nizka, zato je idealen samo za neprenosne naprave.

Supercaps so zelo dobri pri hitrem polnjenju in praznjenju. Tega z baterijo ni mogoče doseči zaradi večje notranje odpornosti vseh vrst baterij.

Če skušamo akumulator izprazniti preko njegove varnejše tokovne omejitve, ga lahko poškodujemo. To je zato, ker imajo baterije notranji upor in ustvarjajo toploto. Ustvarjena toplotna energija zadostuje za nepopravljivo škodo na zmogljivosti akumulatorja.

V superkapah je notranji upor zelo majhen, celo manjši od notranjega upora pri nekaterih avtomobilskih baterijah, ki je zasnovan tako, da zagotavlja visok tok. Verjetnost, da se superkondenzator poškoduje zaradi toplote, je precej majhna.

Baterije lahko zadržijo polnjenje zelo dolgo, toda pri superkapah je samopraznjenje težava in ni primerno za daljše shranjevanje energije.

Zdaj je čas zaključka,

Kateri izmed njih je torej boljši? Verjetno nobeden od njiju ni nadrejen. Baterije imajo odlično prenosljivost, superkape pa imajo zelo visoko stopnjo polnjenja in praznjenja. Na koncu je od aplikacije odvisno, kaj uporabljamo, in ta odloči, kateri izmed njih je najprimernejši.

Sporočite nam v komentarju, ali menite, da bodo nekega dne superkondenzatorji zamenjali baterije zaradi hitrega tehnološkega razvoja.