Jak fungují superkondenzátory

V tomto příspěvku pochopíme, co je superkondenzátor, jak podobný nebo odlišný od běžného kondenzátoru, kde se používá, a provedeme srovnání mezi bateriemi a superkondenzátory, abychom zjistili, který z nich je lepší.

Pojďme pochopit základy běžného kondenzátoru.

Jak funguje obyčejný kondenzátor

Kondenzátor je pasivní elektronická součástka, která může ukládat malé množství elektrostatické energie mezi prokládaným vodivým a dielektrickým materiálem.

Díky této vlastnosti můžeme kondenzátor nabíjet a vybíjet rychlou rychlostí, kterou používáme jako vyhlazovače napětí ve všech napájecích obvodech.

Všechny kondenzátory mají na těle potaženou specifikaci, jako je provozní teplota, provozní napětí a hodnota kondenzátoru, která se obvykle pohybuje v rozmezí od několika pikofarád do několika tisíc mikrofarad.

Kondenzátory, které obvykle najdeme na spotřební elektronice, jsou keramika, polyester, papír atd. Tyto typy kondenzátorů mají obvykle nízkou kapacitu v rozmezí několika pikofarád až méně než mikroparadů.

Ty s vyšší kapacitou jsou elektrolytického typu, který má kapacitu v rozmezí od 0,1 uF do několika tisíc mikrofarad.

Elektrolytický kondenzátor zvyšuje kapacitu akumulace náboje přidáním tkáně nasáklé nějakým chemickým elektrolytem jako dielektrikum a na kteroukoli stranu hliníkovou fólií, jak je znázorněno na obrázku.

Stoh hliníku a tkáně je svinut do formy válce a uložen do hliníkového šasi. Průměr role, výška a tloušťka tkáně určuje různé parametry kondenzátoru.

Elektrolytické kondenzátory jsou polarizované, což znamená, že má anodovou a katodovou svorku a neměli bychom zaměňovat polaritu vstupního napájení kondenzátoru, jako je tomu u jiných typů kondenzátorů.

Jak fungují superkondenzátory

Superkondenzátor se také nazývá ultrakondenzátor nebo dvouvrstvý kondenzátor. Superkondenzátor má kapacitu pro ukládání obrovského náboje a obvykle se měří ve Faradu (bez předpony mikro nebo pico nebo nano).

Superkondenzátor se může pohybovat od několika Faradů do několika tisíc Faradů. Na rozdíl od běžných kondenzátorů má superkondenzátor nižší provozní napětí, které se obvykle pohybuje mezi 2,5 V až 2,7 V.

Jsou připojeny v sériové a paralelní konfiguraci, aby se zvýšila propustnost z kondenzátorové banky.
Superkondenzátory se používají tam, kde baterie nemohou účinně zvládnout daný úkol, k okamžitému rekuperačnímu brzdění ve vozidlech. Kinetická energie je přeměněna na elektrickou energii a na chvíli je uložena a znovu použita k zrychlení vozidla.

Tento mechanismus zvyšuje celkovou účinnost vozidla. Ale pouze při použití baterií není zachycování energie efektivní. Mnoho výrobců automobilů experimentuje se superkondenzátorem v kombinaci s bateriemi a údajně zvyšuje celkovou účinnost systému.

Supercapacitor má ve srovnání s bateriemi lepší cykly nabíjení a vybíjení. Typická lithium-iontová baterie nalezená v našich smartphonech má zhruba 1000 nabíjecích a vybíjecích cyklů, přičemž jako superkondenzátor má více než 1 milion nabíjecích a vybíjecích cyklů.

Baterie zhoršují svoji efektivní kapacitu, když je baterie delší dobu vybitá pod určitým napětím. Superkondenzátor nemá žádná taková omezení, může jít až k nulovým voltům.

Ale ponechání jakéhokoli kondenzátoru po delší dobu, jako je rok nebo tak, bez nabíjení, může také zhoršit jeho kapacitu udržování náboje kvůli nějaké chemické reakci mezi deskami kondenzátoru.

Konstrukce Supercapacitoru:

Konstrukce superkondenzátorů je v zásadě stejná jako u běžných kondenzátorů, rozdíl je pouze v druhu použitého materiálu a ke zvýšení kapacity akumulace energie je použita nějaká metoda.

Superkondenzátory mají vodivé desky na obou stranách separátoru namočené v elektrolytu a separátor je velmi tenký dielektrický materiál vyrobený z plastu nebo uhlíku nebo papíru.

Separátor je ve srovnání s běžným kondenzátorem velmi tenký, aby se zvýšila účinnost přenosu iontů mezi deskami.

Superkondenzátory se někdy označují jako dvouvrstvé, protože když se desky na obou stranách nabijí, vytváří náboj na obou stranách oddělovače, jak je znázorněno na obrázku.

Nyní byste měli představu o superkapacitoru a jeho základním fungování.

Baterie vs Supercapacitor:

Pojďme porovnat hustotu a hmotnost energie v bateriích a supercaps.

Lithium-iontový a lithium-polymer má nejvyšší hustotu energie ve srovnání s jakoukoli jinou komerčně dostupnou technologií baterií. To je důvod, proč jsou naše smartphony a další přenosná elektronika vyrobeny z li-ion / polymeru.

Hustota energie supercaps je ve srovnání s lithiovými bateriemi velmi nízká, takže je ideální pouze pro nepřenosná zařízení.

Supercaps jsou velmi dobré při rychlém nabíjení a vybíjení. Toho nelze dosáhnout s baterií z důvodu vyššího vnitřního odporu u všech druhů baterií.

Pokud se pokusíme baterii vybít nad limit bezpečnějšího proudu, mohli bychom ji poškodit. Je to proto, že baterie mají vnitřní odpor a vytvářejí teplo. Vytvořená tepelná energie je dostatečná k vytvoření nevratného poškození kapacity baterie.

V supercaps je vnitřní odpor velmi malý, dokonce menší než vnitřní odpor v některých automobilových bateriích, které jsou navrženy tak, aby poskytovaly vysoký proud. Šance na poškození superkapacitoru v důsledku teplot je docela nízká.

Baterie mohou vydržet nabití po velmi dlouhou dobu, ale u supercaps je samovybíjení problém a není vhodné pro dlouhodobé skladování energie.

Nyní je čas na uzavření

Který z nich je tedy lepší? Pravděpodobně nikdo z nich není nadřazený. Baterie mají vynikající přenosnost, ale supercapy mají velmi vysokou rychlost nabíjení a vybíjení. Na konci dne záleží na aplikaci, kterou používáme, a to rozhodne, který z nich je nejvhodnější.

Dejte nám vědět v sekci komentářů, myslíte si, že jednoho dne superkondenzátory vymění baterie kvůli rychlému vývoji technologie.