Как работают суперконденсаторы

В этом посте мы собираемся понять, что такое суперконденсатор, насколько он похож или отличается от обычного конденсатора, где он используется, и мы проведем сравнение между батареями и суперконденсаторами, чтобы выяснить, какой из них лучше.

Давайте разберемся с основами обычного конденсатора.

Как работает обычный конденсатор

Конденсатор - это пассивный электронный компонент, который может накапливать небольшое количество электростатической энергии между чередующимися проводящим и диэлектрическим материалом.

Мы можем заряжать и разряжать конденсатор с большой скоростью, благодаря этому свойству мы используем их в качестве стабилизаторов напряжения во всех цепях питания.

Все конденсаторы имеют некоторые характеристики, нанесенные на корпус, такие как рабочая температура, рабочее напряжение и номинал конденсатора, который обычно находится в диапазоне от нескольких пикофарад до нескольких тысяч микрофарад.

Конденсаторы, которые мы обычно находим в бытовой электронике, - керамические, полиэфирные, бумажные и т. Д. Эти типы конденсаторов обычно имеют низкую емкость в диапазоне от нескольких пикофарад до менее чем микрофарад.

Электролитические модели с более высокой емкостью имеют емкость от 0,1 мкФ до нескольких тысяч микрофарад.

Электролитический конденсатор увеличивает свою емкость для хранения заряда за счет добавления ткани, пропитанной химическим электролитом в качестве диэлектрика, и любой стороны с алюминиевой фольгой, как показано на рисунке.

Пачка алюминия и ткани свернута в цилиндрическую форму и помещена в алюминиевое шасси. Диаметр рулона, высота и толщина ткани определяют различные параметры конденсатора.

Электролитические конденсаторы поляризованы, что означает, что у них есть анодный и катодный вывод, и нам не следует менять полярность входного питания конденсатора, как мы это делаем с конденсаторами других типов.

Как работают суперконденсаторы

Суперконденсатор также называют ультраконденсатором или двухслойным конденсатором. Суперконденсатор обладает огромной способностью накапливать заряд и обычно измеряется в Фарадах (без префиксов микро, пико или нано).

Суперконденсатор может варьироваться от нескольких фарадов до нескольких тысяч фарадов. В отличие от обычных конденсаторов, суперконденсатор имеет более низкое рабочее напряжение, которое обычно составляет от 2,5 до 2,7 В.

Они подключаются последовательно и параллельно для увеличения пропускной способности конденсаторной батареи.
Суперконденсаторы используются там, где батареи не могут эффективно справиться с поставленной задачей, для мгновенного рекуперативного торможения в транспортных средствах. Кинетическая энергия преобразуется в электрическую, некоторое время сохраняется и повторно используется для ускорения транспортного средства.

Этот механизм повышает общую эффективность автомобиля. Но при использовании одних батарей захват энергии неэффективен. Многие производители автомобилей экспериментируют с суперконденсаторами в сочетании с аккумуляторами и, как сообщается, улучшают общую эффективность системы.

Суперконденсатор имеет лучшие циклы заряда и разряда по сравнению с батареями. Типичный литий-ионный аккумулятор в наших смартфонах имеет примерно 1000 циклов зарядки и разрядки, в то время как суперконденсатор имеет более 1 миллиона циклов зарядки и разрядки.

Батареи теряют свою эффективную емкость, когда батарея разряжается ниже определенного напряжения в течение длительного времени. Суперконденсатор не имеет таких ограничений, он может работать до нуля вольт.

Но оставление любого конденсатора без зарядки на длительный период времени, например, год или около того, также может ухудшить его способность удерживать заряд из-за некоторой химической реакции между пластинами конденсатора.

Конструкция суперконденсатора:

Конструкция суперконденсаторов в основном такая же, как и у обычных конденсаторов, только разница заключается в типе используемого материала и использовании некоторых методов для увеличения емкости хранения энергии.

Суперконденсаторы имеют токопроводящие пластины по обе стороны от сепаратора, пропитанные электролитом, а сепаратор представляет собой очень тонкий диэлектрический материал, сделанный из пластика, угля или бумаги.

Сепаратор сделан очень тонким по сравнению с обычным конденсатором для увеличения эффективности переноса ионов между пластинами.

Суперконденсаторы иногда называют двухслойными, потому что, когда пластины с обеих сторон заряжаются, они создают заряд по обе стороны от сепаратора, как показано на рисунке.

К настоящему времени вы должны иметь представление о суперконденсаторе и его основных принципах работы.

Батарея против суперконденсатора:

Давайте сравним плотность энергии и вес в батареях и суперконденсаторах.

Литий-ионные и литий-полимерные имеют самую высокую плотность энергии по сравнению с любыми другими технологиями батарей, доступными на рынке. Это причина, по которой наши смартфоны и другая портативная электроника построены из литий-ионных / полимерных материалов.

Плотность энергии суперкапсов довольно низкая по сравнению с литиевыми батареями, что делает их идеальными только для непортативных устройств.

Суперкапсы очень хороши для быстрой зарядки и разрядки. Этого нельзя добиться с батареей из-за более высокого внутреннего сопротивления у всех типов батарей.

Если мы попытаемся разрядить батарею сверх безопасного предела тока, мы можем повредить батарею. Это связано с тем, что батареи обладают внутренним сопротивлением и выделяют тепло. Вырабатываемой тепловой энергии достаточно, чтобы нанести необратимый ущерб емкости аккумулятора.

В суперкапсах внутреннее сопротивление очень мало, даже меньше, чем внутреннее сопротивление в некоторых автомобильных батареях, которые предназначены для обеспечения высокого тока. Вероятность повреждения суперконденсатора из-за перегрева довольно мала.

Батареи могут удерживать заряд в течение очень длительного периода времени, но для суперкапсов саморазряд является проблемой и не подходит для хранения энергии в течение длительного периода времени.

Теперь его время завершения,

Так кто из них лучше? Наверное, никто из них не превосходит друг друга. Аккумуляторы очень портативны, но суперконденсаторы имеют очень высокую скорость зарядки и разрядки. В конце концов, от приложения зависит, что мы используем, и это решает, какое из них наиболее подходит.

Сообщите нам в разделе комментариев, думаете ли вы, что однажды суперконденсаторы заменят батареи из-за быстрого развития технологий.