Superkondenzatori umjesto baterija: uređaj, usporedba značajki, prednosti korištenja, recenzije

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-02-19 16:23

Ideja o visokoj specifičnoj kapacitivnosti istražena je 1960-ih, ali danas postoji novi val povećanog interesa za ovu tehnologiju, zbog jedinstvene kombinacije svojstava izvedbe konačnog proizvoda. Danas se na temelju ove tehnologije proizvode različite modifikacije superkondenzatora i ultrakondenzatora, koji se mogu smatrati punopravnom baterijom. Dolje prikazani koncepti superkondenzatora pokazuju da njihova buduća konkurencija s konvencionalnim baterijama (baterijama) nije tako fantastična.

Što je superkondenzator?

U biti, ovo je optimizirana elektrokemijska baterija, napravljena u obliku kompaktnog kondenzatora. Čak i uz površnu usporedbu uređaja s tipičnimakumulator za automobil, možete istaknuti očitu razliku u veličini, a u praksi će prednosti također isplivati na površinu u vidu dužeg vijeka trajanja i snage. Drugim riječima, umjesto baterija se mogu koristiti superkondenzatori, ali uz određene rezerve zbog ograničenja u smislu akumulacije energetskog potencijala. Takve se nijanse još uvijek događaju zbog nesavršenosti tehnološkog razvoja ionistora, međutim, situacija se mijenja pod pritiskom tržišta s sve većim zahtjevima za baterijama.

Dizajn i dizajn proizvoda

Osnovu ovog kondenzatora čine dvije elektrode, između kojih je tradicionalno smješten elektrolitski medij. Razlike od baterije mogu se uočiti u strukturi materijala za izradu elektroda, čije su ploče obložene poroznim aktivnim ugljenom. Što se tiče elektrolita, u tom se svojstvu mogu koristiti organske i anorganske smjese. Konstruktivno se također ističe tehničko rješenje izolacije u strukturi superkondenzatora. Umjesto baterijskih aluminijskih ploča s dielektričnim slojem koriste se komponente s optimalnim svojstvima ionske i elektronske vodljivosti. Ako nastavimo s konceptom moguće upotrebe superkondenzatora kao baterije, tada bi porozni ugljik mogao djelovati kao elektronski vodič, a otopina sumporne kiseline mogla bi djelovati kao ionski vodič. Na taj se način može osigurati optimalan sloj za razdvajanje naboja između elektroda bez dodatnog uključivanja glomaznih izolatora.

Različiti superkondenzatori

Već danas postoji nekoliko smjerova u razvoju ionistora. Najuočljivije i najperspektivnije su sljedeće vrste uređaja:

• Dvoslojni kondenzatori. Standardni model, koji koristi gore navedene elektrode izrađene od električno vodljivog materijala, a kao elektrolit se koristi poseban separator. Akumulacija energetskog potencijala nastaje kao rezultat razdvajanja naboja na elektrodama.
• Pseudokondenzatori. Punjiva baterija napravljena od ovog tipa superkondenzatora može biti vrlo uspješno rješenje, jer nudi naprednije načine skladištenja energije. Prvo, aktivira se princip Faradayeva mehanizma povezanog s procesima akumulacije energije u konvencionalnim baterijama. I drugo, sačuvana je i osnovna shema elektrostatičke interakcije između elektroda u dvostrukom električnom sloju.
• Hibridni kondenzatori. Srednji koncept koji kombinira pojedinačne pozitivne karakteristike baterija i kondenzatora. Takvi uređaji obično koriste kombinaciju elektroda izrađenih od miješanih oksida i dopiranih polimera. Daljnji razvoj ovog smjera povezan je s upotrebom kompozitnih materijala nadopunjenih ugljičnim nosačima i vodljivim polimerima.

Ključne značajke

Danas je teško govoriti o dobro utvrđenim pokazateljima učinka ionistora, jerTehnologija se stalno usavršava i prilagođava za poboljšanje elektrokemijskih izvora struje. Ali ako uzmemo prosječne podatke o glavnim karakteristikama superkondenzatora, tada će specifični pokazatelji izgledati ovako:

• Vrijeme punjenja - 1 do 10 sekundi
• Broj ciklusa punjenja je oko 1 milijun, što odgovara 30.000 sati.
• Napon u blok ćeliji - raspon od 2,3 do 2,75 V.
• Intenzitet energije - standardna vrijednost 5 Wh/kg.
• Snaga - oko 10.000 W/kg.
• Trajnost - do 15 godina.
• Radna temperatura -40°C do 65°C.

Usporedba s konvencionalnim baterijama

Glavni razlikovni parametri su brzina akumulacije energije i stupanj povrata električnog naboja. Zbog korištenja dvostrukog sloja električnog potencijala u blizini superkondenzatora sličnih dimenzija povećava se površina radne površine elektroda. Odnosno, možemo govoriti o kombiniranju najboljih svojstava baterije i kondenzatora kao takvog. Ako usporedimo raspodjelu struja baterije i superkondenzatora s opterećenjem, tada će ujednačenost volumena potrošene struje općenito biti identična, ali s dvije korekcije. Tijekom rada baterije moguće je pomak najveće struje prema elementu koji se nalazi u donjem dijelu bloka, a kod ionistora će u principu potencijal biti manji zbog niskog napona. Također, značajne razlike uključuju razliku u radnom resursu - superkondenzatori služe otprilike 25-30% dulje u vremenu, da ne spominjemoveća stopa izvedivih radnih ciklusa.

Prednosti rada superkondenzatora

Ako općenito uzmemo u obzir pozitivne učinke korištenja superkondenzatora umjesto baterija, tada će sljedeće kvalitete doći do izražaja:

• Velika gustoća energije superkondenzatora omogućuje im da se koriste u elektroničkim uređajima kao kratkotrajni izvor energije.
• Sigurnost u okolišu. Naravno, elektrokemijske komponente su i dalje zadržane u dizajnu, ali se njihovi toksični učinci stalno smanjuju.
• Mogućnost korištenja energije iz obnovljivih izvora - vjetra, sunca, vode i zemlje.
• Proširenje mogućnosti za strukturnu integraciju baterija - na primjer, za održavanje složenih elektrana, hibridnih električnih strojeva, vozila na vodik, itd.

Vrijedi napomenuti neke od prednosti superkondenzatora u odnosu na konvencionalni kondenzator. Malo ih je, ali veliki kapacitet za skladištenje energije je od temeljne važnosti. Prema ovom pokazatelju, ne mogu se sve modifikacije ionistora natjecati s baterijama, međutim, u usporedbi s kondenzatorima u parametru električnog kapaciteta, pouzdano pobjeđuju.

Pozitivne recenzije superkondenzatora

Testiranje i djelomična primjena superkondenzatora danas se odvijaju u raznim industrijama. Kao što pokazuju recenzije o radu ovih uređaja, oni potvrđuju izjave proizvođača o visokompouzdanost, sigurnost okoliša i visok kapacitet. Ono što je posebno važno s gledišta usporedbe superkondenzatora i baterija, prvi nisu toliko zahtjevni za stvaranje posebnih uvjeta tijekom fizičkog rukovanja. Djelomično je to zbog iste niske toksičnosti komponenti, ali je u većoj mjeri ergonomija rada posljedica visokog stupnja zaštite kućišta. Odnosno, korisnik ne mora osigurati posebne uređaje za održavanje superkondenzatora u zatvorenim uvjetima. Mala težina i optimizirane dimenzije također olakšavaju izvođenje rutinskih operacija održavanja.

Negativne recenzije superkondenzatora

U ovakvim kondenzatorima postoje i slabosti, koje se također jasno očituju u praksi. Korisnici posebno ističu njihovu nisku gustoću energije, niske performanse i ne uvijek dovoljnu razinu napona, zbog čega je potrebno koristiti više elemenata za opsluživanje jedne ciljne potrošačke jedinice. Na mnogo načina, ovi nedostaci danas sprječavaju korištenje superkondenzatora umjesto baterija, iako je, opet, vjerojatnije da će tehnološki razvoj riješiti te probleme.

Izgledi za razvoj kondenzatora

Prema stručnjacima i proizvođačima baterija, u bliskoj budućnosti kondenzatori nove generacije će se koristiti posvuda. To će postati moguće zbog aktivnog povećanja specifičnog kapaciteta uređaja. Vrijedno je togadodati i poboljšati tehničke i strukturne karakteristike superkondenzatora, što se prvenstveno tiče dimenzija i težine. Ujedno se već danas organiziraju ispitivanja ionistora snage do 2,5 mW. U budućnosti se takvi sustavi mogu koristiti u održavanju prometnih mreža, industrijskih objekata i stambenih kompleksa.

Zaključak

Koncept superkondenzatora smatra se optimalnim rješenjem u situacijama kada postoji kratkoročna potreba za napajanjem s napajanjem pod naponom. Djelomično je to u suprotnosti s idejom elektrokemijskih baterija, koje su usmjerene na dugotrajno održavanje snage s određenim parametrima. Ali je li moguće koristiti superkondenzator umjesto baterije u automobilu, s obzirom na ovu radnu značajku? S velikim stupnjem vjerojatnosti, napredni autokoncerni koristit će kondenzatore velikog kapaciteta, ali samo u posebnim hibridnim verzijama koje kombiniraju pozitivne kvalitete superkondenzatora kao takvih i tradicionalnih elektrokemijskih komponenti. Na primjer, danas se takva rješenja koriste u obliku kombinacije elektrokemijske olovno-kiselinske strukture i superkondenzatora.