Superkondensatorer i stedet for batterier: enhet, funksjonssammenligning, fordeler ved bruk, anmeldelser

2024 Forfatter: Erin Ralphs | [email protected]. Sist endret: 2024-02-19 18:15

Ideen om en høy spesifikk kapasitans ble utforsket på 1960-tallet, men i dag er det en ny bølge av økt interesse for denne teknologien, på grunn av den unike kombinasjonen av ytelsesegenskaper til sluttproduktet. I dag, på grunnlag av denne teknologien, produseres forskjellige modifikasjoner av superkondensatorer og ultrakondensatorer, som godt kan betraktes som et fullverdig strømbatteri. Superkondensatorkonseptene vist nedenfor viser at deres fremtidige konkurranse med konvensjonelle batteripakker (batterier) ikke er så fantastisk.

Hva er en superkondensator?

I hovedsak er dette et optimert elektrokjemisk batteri, laget i form av en kompakt kondensator. Selv med en overfladisk sammenligning av enheten med en typiskbatteri til en bil kan du fremheve den åpenbare størrelsesforskjellen, og i praksis vil fordelene også komme til overflaten i form av lengre levetid og effekt. Med andre ord kan superkondensatorer brukes i stedet for batterier, men med noen forbehold på grunn av begrensninger når det gjelder energipotensialakkumulering. Slike nyanser finner fortsatt sted på grunn av ufullkommenheten i den teknologiske utviklingen av ionistorer, men situasjonen endrer seg under presset fra markedet med dets økende krav til batterier.

Design og produktdesign

Grunnlaget for denne kondensatoren er dannet av to elektroder, mellom hvilke elektrolysemediet tradisjonelt er plassert. Forskjeller fra batteriet kan observeres i strukturen til materialer for fremstilling av elektroder, hvis plate er belagt med porøst aktivert karbon. Når det gjelder elektrolytten, kan organiske og uorganiske blandinger brukes i denne egenskapen. Strukturelt skiller den tekniske løsningen av isolasjon i strukturen til superkondensatorer seg også ut. I stedet for batterialuminiumsplater med et dielektrisk lag, brukes komponenter med optimale egenskaper for ionisk og elektronisk ledningsevne. Hvis vi fortsetter konseptet med mulig bruk av en superkondensator som et batteri, kan porøst karbon godt fungere som en elektronisk leder, og en løsning av svovelsyre kan fungere som en ionisk leder. På denne måten kan et optim alt ladningsseparasjonslag mellom elektrodene tilveiebringes uten ekstra inkludering av voluminøse isolatorer.

varianter av superkondensator

Allerede i dag er det flere retninger i utviklingen av ionistorer. De mest merkbare og lovende er følgende typer enheter:

• Dobbeltlagskondensatorer. Standardmodellen, som bruker de ovennevnte elektrodene laget av elektrisk ledende materiale, og en spesiell separator brukes som elektrolytt. Akkumulering av energipotensial skjer som et resultat av ladningsseparasjon på elektrodene.
• Pseudokondensatorer. Et oppladbart batteri laget av denne typen superkondensatorer kan være en svært vellykket løsning, siden det tilbyr mer avanserte måter å lagre energi på. For det første aktiveres prinsippet til Faraday-mekanismen knyttet til prosessene med energiakkumulering i konvensjonelle batterier. Og for det andre er det grunnleggende skjemaet for elektrostatisk interaksjon mellom elektroder i et dobbelt elektrisk lag bevart.
• Hybridkondensatorer. Et mellomkonsept som kombinerer de individuelle positive egenskapene til batterier og kondensatorer. Slike enheter bruker vanligvis en kombinasjon av elektroder laget av blandede oksider og dopede polymerer. Videreutvikling av denne retningen er assosiert med bruk av komposittmaterialer supplert med karbonbærere og ledende polymerer.

Nøkkelfunksjoner

I dag er det vanskelig å snakke om de veletablerte ytelsesindikatorene til ionistorer, forditeknologien blir stadig forbedret, og justert for forbedring av elektrokjemiske strømkilder. Men hvis vi tar gjennomsnittsdataene om hovedegenskapene til superkondensatorer, vil spesifikke indikatorer se slik ut:

• Ladetid - 1 til 10 sekunder
• Antallet ladesykluser er omtrent 1 million, som tilsvarer 30 000 timer.
• Spenning i blokkcellen - område fra 2,3 til 2,75 V.
• Energiintensitet - standardverdi 5 Wt/kg.
• Effekt - ca. 10 000 W/kg.
• Holdbarhet – opptil 15 år.
• Driftstemperatur -40°C til 65°C.

Sammenligning med konvensjonelle batterier

De viktigste kjennetegnene er hastigheten på akkumulering av energi og graden av retur av den elektriske ladningen. På grunn av bruken av et dobbelt lag med elektrisk potensial nær superkondensatoren med lignende dimensjoner, øker arealet av arbeidsflaten til elektrodene. Det vil si at vi kan snakke om å kombinere de beste egenskapene til batteriet og kondensatoren som sådan. Hvis vi sammenligner fordelingen av strømmene til batteriet og superkondensatoren med belastningen, vil jevnheten til volumene til den forbrukte strømmen generelt være identisk, men med to korreksjoner. Under driften av batteriet er det mulig å skifte den største strømmen mot elementet som ligger i den nedre delen av blokken, og når det gjelder ionistorer, vil i prinsippet potensialet være mindre på grunn av lavspenningen. Også betydelige forskjeller inkluderer forskjellen i arbeidsressursen - superkondensatorer tjener omtrent 25-30% lengre i tid, for ikke å nevnehøyere frekvens av gjennomførbare driftssykluser.

Fordeler med å betjene superkondensatorer

Hvis vi generelt vurderer de positive effektene av å bruke superkondensatorer i stedet for batterier, vil følgende egenskaper komme til syne:

• Den høye energitettheten til superkondensatorer gjør at de kan brukes i elektroniske enheter som en kortsiktig strømkilde.
• Miljøsikkerhet. Selvfølgelig er elektrokjemiske komponenter fortsatt beholdt i designet, men deres toksiske effekter avtar hele tiden.
• Mulighet for å bruke energi fra fornybare kilder - vind, sol, vann og land.
• Utvidelse av muligheter for strukturell integrering av batterier - for eksempel for vedlikehold av komplekse kraftverk, hybridelektriske maskiner, hydrogendrevne kjøretøy, etc.

Det er verdt å merke seg noen av fordelene med en superkondensator i forhold til en konvensjonell kondensator. Det er få av dem, men stor kapasitet for energilagring er grunnleggende viktig. I følge denne indikatoren kan ikke alle modifikasjoner av ionistorer konkurrere med batterier, men sammenlignet med kondensatorer i parameteren elektrisk kapasitet vinner de trygt.

Positive anmeldelser av superkondensatorer

Testing og delvis bruk av superkondensatorer foregår i dag i en rekke bransjer. Som vurderingene av driften av disse enhetene viser, bekrefter de uttalelsene fra produsentene om det høyepålitelighet, miljøsikkerhet og høy kapasitet. Det som er spesielt viktig med tanke på å sammenligne superkondensatorer og batterier, er de førstnevnte ikke så krevende for å skape spesielle forhold under fysisk håndtering. Dette skyldes delvis den samme lave toksisiteten til komponentene, men i større grad skyldes operasjonsergonomien den høye beskyttelsesgraden til kassen. Det vil si at brukeren ikke trenger å gi spesielle enheter for vedlikehold av superkondensatorer i forseglede forhold. Den lave vekten og de optimaliserte dimensjonene gjør det også enklere å utføre rutinemessig vedlikehold.

Negative anmeldelser av superkondensatorer

Det er også svakheter ved denne typen kondensatorer, som også tydelig kommer til uttrykk i praksis. Spesielt peker brukere på deres lave energitetthet, lave ytelse og ikke alltid tilstrekkelige spenningsnivå, noe som gjør det nødvendig å bruke flere elementer for å betjene én målforbrukerenhet. På mange måter hindrer disse manglene bruken av superkondensatorer i stedet for batterier i dag, selv om det igjen er mer sannsynlig at teknologisk utvikling løser disse problemene.

Utsikter for utvikling av kondensatorer

I følge eksperter og utviklere av batterier, vil nye generasjons kondensatorer i nær fremtid bli brukt over alt. Dette vil bli mulig på grunn av den aktive økningen i den spesifikke kapasiteten til enheter. Det er verdt detlegge til og forbedre de tekniske og strukturelle egenskapene til superkondensatorer, som først og fremst gjelder dimensjoner og vekt. Samtidig organiseres det allerede i dag tester av ionistorer med en effekt på opptil 2,5 mW. I fremtiden kan slike systemer brukes i vedlikehold av transportnettverk, industrianlegg og boligkomplekser.

Konklusjon

Superkondensatorkonseptet anses å være den optimale løsningen i situasjoner der det er et kortvarig behov for strømforsyning med spenningssatt ladning. Delvis er dette en selvmotsigelse med ideen om elektrokjemiske batterier, som er fokusert på langsiktig vedlikehold av strøm med visse parametere. Men er det mulig å bruke en superkondensator i stedet for et batteri i en bil, gitt denne funksjonen? Med en høy grad av sannsynlighet vil avanserte bilfirmaer bruke kondensatorer med høy kapasitet, men bare i spesielle hybridversjoner som kombinerer de positive egenskapene til superkondensatorer som sådan og tradisjonelle elektrokjemiske komponenter. For eksempel brukes i dag slike løsninger i form av en kombinasjon av en elektrokjemisk bly-syre-struktur og en superkondensator.