Kuidas superkondensaatorid töötavad

Selles postituses mõistame, mis on superkondensaator, kui tihedalt sarnane või erinev tavalisele kondensaatorile, kus seda kasutatakse, ja teeme patareide ja superkondensaatorite võrdluse, et teada saada, kumb neist on parem.

Mõistame tavalise kondensaatori põhitõdesid.

Kuidas tavaline kondensaator töötab

Kondensaator on passiivne elektrooniline komponent, mis suudab põimitud juhtiva ja dielektrilise materjali vahele salvestada väikese koguse elektrostaatilist energiat.

Selle omaduse tõttu saame kondensaatorit kiirelt laadida ja tühjendada, sest me kasutame neid kõigis toiteallikates pinge pehmendajatena.

Kõigil kondensaatoritel on korpusel mõni spetsifikatsioon, näiteks töötemperatuur, tööpinge ja kondensaatori väärtus, mis on tavaliselt vahemikus mõnest piko-faraadist kuni mõne tuhande mikrofaradini.

Kondensaatorid, mida tavaliselt leiame tarbekaupade elektroonikast, on keraamika, polüester, paber jne. Seda tüüpi kondensaatoritel on tavaliselt madal mahtuvus mõnest piko-faraadist kuni vähem kui mikrofaradini.

Suurema mahtuvusega on elektrolüütilised, mille mahtuvus on vahemikus 0,1uF kuni mitme tuhande mikrofaradini.

Elektrolüütkondensaator suurendab laengu mahtu, lisades dielektrikuks mõne keemilise elektrolüüdiga leotatud koe ja alumiiniumfooliumiga mõlemad küljed, nagu joonisel näidatud.

Alumiiniumi ja kanga virn rullitakse silindrikujuliseks ja paigutatakse alumiiniumist šassii. Rulli läbimõõt, koe kõrgus ja paksus määravad kondensaatori erinevad parameetrid.

Elektrolüütkondensaatorid on polariseeritud, mis tähendab, et sellel on anoodi ja katoodi klemm ning meid ei tohiks kondensaatorile sisendtoite polaarsust vahetada, nagu seda tehakse teist tüüpi kondensaatorite puhul.

Kuidas superkondensaatorid töötavad

Superkondensaatorit nimetatakse ka ultrakondensaatoriks või kahekihiliseks kondensaatoriks. Superkondensaatoril on tohutu laengu salvestamise maht ja seda mõõdetakse tavaliselt Faradis (ilma mikro-, pico- või nano-eesliideteta).

Superkondensaator võib ulatuda vähestest fadaadidest kuni mõne tuhande faraadini. Erinevalt tavalistest kondensaatoritest on superkondensaatori tööpinge madalam, mis on tavaliselt vahemikus 2,5–2,7 V.

Kondensaatoripanga läbilaskevõime suurendamiseks on need ühendatud järjestikku ja paralleelselt.
Superkondensaatoreid kasutatakse sõidukite koheseks regeneratiivseks pidurdamiseks seal, kus akud ei suuda antud ülesannet tõhusalt toime tulla. Kineetiline energia muundatakse elektrienergiaks ja hoitakse mõnda aega ning kasutatakse uuesti sõiduki kiirendamiseks.

See mehhanism parandab sõiduki üldist tõhusust. Kuid ainuüksi patareide abil ei ole energia hõivamine tõhus. Paljud autotootjad katsetavad superkondensaatorit koos akudega ja väidetavalt parandasid süsteemi üldist tõhusust.

Superkondensaatoril on akudega võrreldes paremad laadimis- ja tühjenemistsüklid. Meie nutitelefonidest leitud tüüpilisel liitiumioonakul on umbes 1000 laadimis- ja tühjendustsüklit, kus superkondensaatorina on üle miljoni laadimis- ja tühjendustsükli.

Kui aku tühjeneb pikema aja jooksul teatud pingest madalamal, halveneb akude efektiivne maht. Superkondensaatoril pole selliseid piire, see võib minna kuni nullvolti.

Kuid mis tahes kondensaatori jätmine pikema aja jooksul, näiteks umbes aastaks, võib laadimist pidurdada ka kondensaatori plaatide vahelise keemilise reaktsiooni tõttu.

Superkondensaatori ehitus:

Superkondensaatorite ehitus on põhimõtteliselt sama mis tavaline kondensaator, ainult erinevus on kasutatava materjali tüübis ja energiat salvestava võimsuse suurendamiseks kasutatakse mõnda meetodit.

Superkondensaatoritel on elektrolüüdis leotatud separaatori mõlemal küljel juhtivad plaadid ja separaator on väga õhuke dielektriline materjal, mis on valmistatud plastikust või süsinikust või paberist.

Separaator on tavalise kondensaatoriga võrreldes väga õhuke, et suurendada plaatide vahelise iooniülekande efektiivsust.

Superkondensaatoreid nimetatakse mõnikord kahekihilisteks, seda seetõttu, et kui mõlemal küljel olevad plaadid laadivad üles, tekitab see separaatori mõlemal küljel laengut, nagu joonisel näidatud.

Nüüdseks on teil idee superkondensaatorist ja selle põhimõttelisest toimimisest.

Aku vs superkondensaator:

Võrdleme energia tihedust ja kaalu patareides ja superkorgides.

Liitiumioonil ja liitiumpolümeeril on kõrgeim energiatihedus võrreldes mis tahes muu kaubanduslikult saadaval oleva akutehnoloogiaga. See on põhjus, miks meie nutitelefonid ja muu kaasaskantav elektroonika on ehitatud liitiumioon / polümeer.

Superkorkide energiatihedus on liitiumpatareidega võrreldes üsna madal, mistõttu on see ideaalne ainult kaasaskantavate seadmete jaoks.

Superkapslid on väga head kiirlaadimisel ja tühjakslaadimisel. Seda ei saa akuga saavutada igasuguste patareide suurema sisetakistuse tõttu.

Kui proovime akut tühjendada üle selle ohutuma voolupiiri, võime akut kahjustada. Seda seetõttu, et patareidel on sisemine takistus ja nad tekitavad soojust. Tekkiv soojusenergia on piisav, et tekitada aku mahtuvusele pöördumatuid kahjustusi.

Superkorkide sisetakistus on väga väike, isegi väiksem kui sisetakistus mõnel autoakul, mis on mõeldud suure voolu tagamiseks. Superkondensaatori termilise kahjustumise võimalus on üsna väike.

Patareid suudavad hoida laadimist väga pikka aega, kuid superkatete puhul on isetühjenemine probleem ja ei sobi pika aja jooksul energia salvestamiseks.

Nüüd on selle sõlmimise aeg

Milline neist on siis parem? Tõenäoliselt pole ükski neist üksteisest parem. Patareidel on suurepärane kaasaskantavus, kuid superkorgide laadimis- ja tühjenemissagedus on väga kõrge. Päeva lõpuks sõltub rakendusest, mida me kasutame, ja see otsustab, milline neist on kõige sobivam.

Andke meile kommentaaride jaotises teada, kas arvate, et ühel päeval asendavad superkondensaatorid patareid tehnoloogia kiire arengu tõttu.