Superkondensatoriai - prietaisas, praktinis pritaikymas, privalumai ir trūkumai

Kas yra superkondensatorius

Superkondensatoriai arba superkondensatoriai primena įprastus elektrolitinius kondensatorius, nors nuo pastarųjų skiriasi daug didesne elektrine talpa (itin dideli kondensatoriai). Pagal savo savybes jonistorius yra akumuliatoriaus ir kondensatoriaus kryžius. Jo įrenginį galima apibūdinti kaip kondensatorių su elektriniu dvigubu sluoksniu, ne veltui superkondensatoriai angliškuose šaltiniuose vadinami EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Toks kondensatorius veikia dėl jame vykstančių elektrocheminių procesų, o ne tik dėl elektrinio lauko, sukaupto dielektrike tarp plokščių, kaip įprastame kondensatoriuje. Tarp plokščių nėra klasikinio dielektrinio sluoksnio, o pačios plokštės yra pagamintos iš medžiagų, skirtingų priešingo tipo krūvininkų.

Iki to, kad kondensatoriaus talpa yra tiesiogiai proporcingas jo plokščių plotui; norint gauti didelę talpą, būtina turėti didelį plokščių plotą. Būtent dėl ​​šios priežasties superkondensatoriaus elektrodai dažniausiai gaminami iš putplasčio anglies, kuri suteikia labai didelį „plokštelių“ plotą.

Elektrodai yra atskirti separatoriumi ir yra kietame rūgštiniame arba šarminiame elektrolite. Separatorius pašalina trumpąjį jungimą tarp elektrodų. Rubidžio, sidabro ir jodo kristalinis elektrolitas leidžia sukurti didelės talpos, mažai savaiminio išsikrovimo jonistorius, atsparius žemai temperatūrai.

Mažos vidinės varžos superkondensatoriai gaunami, pavyzdžiui, sieros rūgšties tirpalo pagrindu, tačiau tokių superkondensatorių darbinė įtampa ribojama iki 1 volto, be to, tokie tirpalai yra toksiški, todėl naudojami retai.

Dėl elektrocheminės reakcijos superkondensatoriuje dalis elektronų palieka elektrodus, o tai teigiamai įkrauna elektrodus. Neigiamus jonus elektrolitas pritraukia prie teigiamai įkrautų elektrodų. Taip susidaro elektrinis sluoksnis.

Dėl to superkondensatoriaus įkrova saugoma anglies ir elektrolito sąsajoje, o katijonų ir anijonų suformuoto elektrinio sluoksnio storis yra tik 1-5 nm, o tai prilygsta labai mažam atstumui tarp kondensatoriaus plokščių. . Dėl to gaunama didelė talpa, matuojama faradais. Superkondensatorius yra polinis, todėl prijungus prie grandinės, būtina stebėti teisingą poliškumą.

Superkondensatorių taikymas

Šiandien superkondensatoriai dažnai randami skaitmeninėse technologijose kaip atsarginiai maitinimo šaltiniai mikrovaldikliams, atminties grandinėms, CMOS lustams, elektroniniams laikrodžiams ir kt.

Naudojant kartu su baterijomis, superkondensatoriai taip pat gali padidinti efektyvumą ir sumažinti baterijų svorį bei dydį, suteikdami papildomos galios didžiausios apkrovos metu.

Būdami tarpinėje padėtyje tarp kondensatorių ir baterijų, superkondensatoriai pritaikomi įvairiose srityse: energijos kaupimui regeneracinėse stabdžių sistemose, mažos galios programose ir greitojo įkrovimo programose (žaibo, grotuvo, atminties ir kt.).

Tikėtina, kad ateityje bus nešiojami elektroniniai prietaisai, elektromobiliai ir viskas, kas šiandien veikia su baterijomis, o privalumas, kad juos bus galima įkrauti per kelias minutes. Superkondensatoriai taip pat būtini, kai trumpalaikio energijos suvartojimo sąlygomis reikia atlikti daug įkrovimo-iškrovimo ciklų.

Mes išvardijame tik kai kurias sėkmingo superkondensatorių taikymo sritis šiandien:

• vėjo energija,
• Medicininė įranga,
• perteklinis maitinimo šaltinis,
• energijos rezervas,
• stabdymo energijos regeneracija,
• maisto produktai, skirti plataus vartojimo elektronikai ir virtuvės prietaisams,
• maitinimo šviesos diodai ir jutikliai,
• atsarginė atmintis,
• elektroninių spynų maitinimo palaikymas,
• įtampos stabilizavimas.

Privalumai ir trūkumai

Superkondensatorių trūkumai yra žema darbinė įtampa (iki 2,7 volto viename elemente, todėl reikia rinkti superkondensatorius akumuliatoriuose) ir gana aukšta kaina, palyginti su baterijomis ir kondensatoriais.

Teigiamos superkondensatorių charakteristikos: įkrovimo ir iškrovimo greitis, šimtų tūkstančių ciklų resursas, nereikalaujantis priežiūros, mažas dydis ir svoris, patogus naudoti, platus darbinių temperatūrų diapazonas, ilgas tarnavimo laikas.

Taip pat žiūrėkite: Koks skirtumas tarp baterijų ir kondensatorių