Jak działają superkondensatory

W tym poście zrozumiemy, czym jest superkondensator, jak bardzo podobny lub różni się od zwykłego kondensatora, gdzie jest używany, i będziemy robić porównania między bateriami a superkondensatorami, aby dowiedzieć się, który z nich jest lepszy.

Rozumiemy podstawy zwykłego kondensatora.

Jak działa zwykły kondensator

Kondensator jest pasywnym komponentem elektronicznym, który może przechowywać niewielką ilość energii elektrostatycznej między przeplatanym materiałem przewodzącym i dielektrycznym.

Możemy szybko ładować i rozładowywać kondensator, dzięki tej właściwości używamy ich do wygładzania napięcia we wszystkich obwodach zasilających.

Wszystkie kondensatory mają pewne specyfikacje powlekane na korpusie, takie jak temperatura robocza, napięcie robocze i wartość kondensatora, która zwykle mieści się w zakresie od kilku piko-farad do kilku tysięcy mikro-faradów.

Kondensatory, które zwykle znajdujemy w elektronice użytkowej, to ceramika, poliester, papier itp. Tego typu kondensatory mają zwykle małą pojemność w zakresie od kilku piko-farad do mniej niż mikro-farad.

Te o większej pojemności są elektrolityczne, które mają pojemność od 0,1 uF do kilku tysięcy mikrofaradów.

Kondensator elektrolityczny zwiększa swoją pojemność magazynowania ładunku, dodając tkankę nasączoną jakimś chemicznym elektrolitem jako dielektrykiem i jedną ze stron folią aluminiową, jak pokazano na rysunku.

Stos aluminium i bibułki jest zwijany w kształt cylindra i umieszczany w aluminiowej ramie. Średnica rolki, wysokość i grubość bibułki determinują różne parametry kondensatora.

Kondensatory elektrolityczne są spolaryzowane, co oznacza, że ​​mają zaciski anodowe i katodowe i nie powinniśmy zamieniać biegunowości zasilania wejściowego na kondensator, jak robimy to na innych typach kondensatorów.

Jak działają superkondensatory

Superkondensator jest również nazywany ultrakondensatorem lub kondensatorem dwuwarstwowym. Superkondensator ma ogromną pojemność magazynowania ładunku i jest zwykle mierzony w Faradzie (bez przedrostków mikro, piko lub nano).

Superkondensator może mieć od kilku do kilku tysięcy Faradów. W przeciwieństwie do zwykłych kondensatorów, superkondensator ma niższe napięcie robocze, które zwykle wynosi od 2,5 V do 2,7 V.

Są połączone szeregowo i równolegle w celu zwiększenia przepustowości z baterii kondensatorów.
Superkondensatory są używane tam, gdzie akumulatory nie radzą sobie skutecznie z danym zadaniem, do natychmiastowego hamowania regeneracyjnego w pojazdach. Energia kinetyczna jest zamieniana na energię elektryczną i przez pewien czas przechowywana, a następnie ponownie wykorzystywana do przyspieszenia pojazdu.

Mechanizm ten poprawia ogólną sprawność pojazdu. Ale przy użyciu samych baterii wychwytywanie energii nie jest wydajne. Wielu producentów samochodów eksperymentuje z superkondensatorem w połączeniu z akumulatorami i podobno poprawia ogólną wydajność systemu.

Superkondensator ma lepsze cykle ładowania i rozładowania w porównaniu do akumulatorów. Typowa bateria litowo-jonowa znajdująca się w naszych smartfonach ma około 1000 cykli ładowania i rozładowania, gdzie jako superkondensator ma ponad 1 milion cykli ładowania i rozładowania.

Baterie pogarszają swoją efektywną pojemność, gdy są rozładowywane poniżej określonego napięcia przez dłuższy czas. Superkondensator nie ma takich ograniczeń, że może dochodzić aż do zera woltów.

Ale pozostawienie dowolnego kondensatora przez dłuższy okres czasu, np. Rok lub więcej bez ładowania, może również pogorszyć jego zdolność utrzymywania ładunku z powodu reakcji chemicznej między płytami kondensatora.

Budowa superkondensatora:

Konstrukcja superkondensatorów jest zasadniczo taka sama jak zwykłego kondensatora, z tą różnicą, że jest to rodzaj użytego materiału, a do zwiększenia zdolności magazynowania energii wykorzystywana jest pewna metoda.

Superkondensatory mają płytki przewodzące po obu stronach separatora nasączone elektrolitem, a separator to bardzo cienki materiał dielektryczny wykonany z tworzywa sztucznego, węgla lub papieru.

Separator jest bardzo cienki w porównaniu do zwykłego kondensatora, aby zwiększyć wydajność transferu jonów między płytami.

Superkondensatory są czasami określane jako dwuwarstwowe, ponieważ gdy płyty po obu stronach ładują się, wytwarza ładunek po obu stronach separatora, jak pokazano na rysunku.

Do tej pory miałbyś pojęcie o superkondensatorze i jego podstawowym działaniu.

Bateria a superkondensator:

Porównajmy gęstość energii i wagę w bateriach i superkapsułkach.

Litowo-jonowy i litowo-polimerowy mają najwyższą gęstość energii w porównaniu z innymi technologiami akumulatorów dostępnymi na rynku. To jest powód, dla którego nasze smartfony i inne przenośne urządzenia elektroniczne są zbudowane z litowo-jonowego / polimerowego.

Gęstość energii superkapsułek jest dość niska w porównaniu do baterii litowych, dzięki czemu idealnie nadaje się tylko do urządzeń nieprzenośnych.

Supercap są bardzo dobre w szybkim ładowaniu i rozładowywaniu. Nie można tego osiągnąć w przypadku baterii ze względu na wyższą rezystancję wewnętrzną we wszystkich rodzajach baterii.

Jeśli spróbujemy rozładować akumulator poza bezpieczniejszy limit prądu, możemy go uszkodzić. Dzieje się tak, ponieważ baterie mają opór wewnętrzny i wytwarzają ciepło. Wytworzona energia cieplna wystarczy, aby spowodować nieodwracalne uszkodzenie pojemności akumulatora.

W superkapkach opór wewnętrzny jest bardzo mały, nawet mniejszy niż opór wewnętrzny w niektórych akumulatorach samochodowych, który jest zaprojektowany do dostarczania dużego prądu. Prawdopodobieństwo uszkodzenia superkondensatora z powodu temperatury jest dość niskie.

Akumulatory mogą utrzymywać ładunek przez bardzo długi czas, ale w przypadku supercapów samorozładowanie jest problemem i nie nadaje się do przechowywania energii przez długi czas.

Teraz czas zakończenia,

Więc który z nich jest lepszy? Prawdopodobnie żaden z nich nie jest lepszy od siebie. Baterie są bardzo przenośne, ale superkapsułki mają bardzo wysoką szybkość ładowania i rozładowywania. Ostatecznie zależy to od aplikacji, z której korzystamy, a to decyduje, która z nich jest najbardziej odpowiednia.

Daj nam znać w sekcji komentarzy, czy myślisz, że któregoś dnia superkondensatory zastąpią baterie ze względu na szybki rozwój technologii.