Как работят суперкондензаторите

В тази публикация ще разберем какво е суперкондензатор, доколко подобен или различен от обикновения кондензатор, където се използва и ще направим сравнение между батериите и суперкондензаторите, за да разберем кой от тях е по-добър.

Нека разберем основите на обикновения кондензатор.

Как работи обикновеният кондензатор

Кондензаторът е пасивен електронен компонент, който може да съхранява малко количество електростатична енергия между преплетения проводящ и диелектричен материал.

Можем да зареждаме и разреждаме кондензатора с бързи темпове, поради това свойство ги използваме като изгладители на напрежението във всички вериги на захранването.

Всички кондензатори имат някои спецификации, покрити с корпуса, като работна температура, работно напрежение и стойност на кондензатора, която обикновено варира от няколко пикофарада до няколко хиляди микрофарада.

Кондензаторите, които обикновено намираме в потребителската електроника, са керамични, полиестерни, хартиени и т.н. Тези видове кондензатори обикновено имат нисък капацитет в диапазона от няколко пикофарада до по-малко от микрофарад.

Този с по-голям капацитет е електролитен тип, който има капацитет, вариращ от 0.1uF до няколко хиляди микрофарада.

Електролитният кондензатор увеличава капацитета си за съхранение на заряд, като добавя тъкан, напоена с някакъв химичен електролит като диелектрик и която и да е страна от алуминиево фолио, както е показано на фигурата.

Купчината алуминий и тъкан се навиват под формата на цилиндър и се поставят в алуминиево шаси. Диаметърът на ролката, височината и дебелината на тъканта определят различните параметри на кондензатора.

Електролитните кондензатори са поляризирани, което означава, че има аноден и катоден извод и не трябва да си разменяме полярността на входното захранване към кондензатора, както правим при други видове кондензатори.

Как работят суперкондензаторите

Суперкондензаторът се нарича още ултракондензатор или двуслоен кондензатор. Суперкондензаторът има огромна способност за съхранение на заряд и обикновено се измерва във Фарад (без микро- или пико или нано префикси).

Суперкондензаторът може да варира от няколко фарада до няколко хиляди фарада. За разлика от обикновените кондензатори, суперкондензаторът има по-ниско работно напрежение, което обикновено е между 2.5V до 2.7V.

Те са свързани последователно и в паралелна конфигурация, за да се увеличи пропускателната способност от кондензаторната банка.
Суперкондензаторите се използват там, където батериите не могат да се справят ефективно с дадената задача, за незабавно регенеративно спиране в автомобилите. Кинетичната енергия се преобразува в електрическа енергия и се съхранява известно време и се използва повторно за ускоряване на автомобила.

Този механизъм подобрява общата ефективност на автомобила. Но само с батерии улавянето на енергия не е ефективно. Много производители на автомобили експериментират със суперкондензатор в комбинация с батерии и съобщават за подобрена обща ефективност на системата.

Суперкондензаторът има по-добри цикли на зареждане и разреждане в сравнение с батериите. Типична литиево-йонна батерия, намерена в нашите смартфони, има приблизително 1000 цикъла на зареждане и разреждане, като като суперкондензатор има над 1 милион цикъла на зареждане и разреждане.

Батериите влошават ефективния си капацитет, когато батерията се разрежда под определено напрежение за продължително време. Суперкондензаторът няма такива ограничения, той може да стигне до нула волта.

Но оставянето на какъвто и да е кондензатор за продължителен период от време, около година или повече, без зареждане, също може да влоши капацитета му за задържане поради някаква химическа реакция между плочите на кондензатора.

Изграждане на суперкондензатор:

Конструкцията на суперкондензатори по същество е същата като обикновения кондензатор, като разликата е в вида на използвания материал и се използва някакъв метод за увеличаване на капацитета за съхранение на енергия.

Суперкондензаторите имат проводими пластини от двете страни на сепаратора, напоени с електролит, а сепараторът е много тънък диелектричен материал, направен от пластмаса или въглерод или хартия.

Сепараторът е направен много тънък в сравнение с обикновения кондензатор, за да се увеличи ефективността на йонен трансфер между плочите.

Суперкондензаторите понякога се наричат ​​двуслойни, тъй като когато плочите от двете страни се зареждат, той произвежда заряд от двете страни на сепаратора, както е показано на фигурата.

Досега бихте имали представа за суперкондензатора и неговото основно функциониране.

Батерия срещу суперкондензатор:

Нека сравним енергийната плътност и теглото в батериите и супер капачките.

Литиево-йонните и литиево-полимерните имат най-висока енергийна плътност в сравнение с всяка друга технология на батериите, предлагана в търговската мрежа. Това е причината, поради която нашите смартфони и друга преносима електроника са изградени с литий-йон / полимер.

Енергийната плътност на супер капачките е доста ниска в сравнение с литиевите батерии, което го прави идеален само за непоносими устройства.

Супер капачките са много добри при бързо зареждане и разреждане. Това не може да бъде постигнато с батерия поради по-високо вътрешно съпротивление при всички видове батерии.

Ако се опитаме да разредим батерията над нейното по-безопасно ограничение на тока, може да повредим батерията. Това е така, защото батериите притежават вътрешно съпротивление и генерират топлина. Генерираната топлинна енергия е достатъчна, за да създаде необратимо увреждане на капацитета на батерията.

В суперкапите вътрешното съпротивление е много малко, дори по-малко от вътрешното съпротивление в някои автомобилни акумулатори, което е проектирано да осигурява висок ток. Шансът да се повреди суперкондензаторът поради топлина е доста нисък.

Батериите могат да задържат заряда за много дълъг период от време, но за супер капачките саморазреждането е проблем и не е подходящо за съхранение на енергия за дълъг период от време.

Сега е времето за приключване,

И така, кой от тях е по-добър? Вероятно никой от тях не превъзхожда един друг. Батериите имат страхотна преносимост, но супер капачките имат много висока скорост на зареждане и разреждане. В крайна сметка от приложението зависи какво използваме и това решава кой от тях е най-подходящ.

Уведомете ни в раздела за коментари, мислите ли, че един ден суперкондензаторите ще сменят батериите поради бързото развитие на технологиите.