Superkondenzatori umjesto baterija: uređaj, poređenje karakteristika, prednosti korištenja, recenzije

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-02-19 12:43

Ideja o visokoj specifičnoj kapacitivnosti istražena je 1960-ih, ali danas postoji novi val povećanog interesa za ovu tehnologiju, zbog jedinstvene kombinacije karakteristika performansi finalnog proizvoda. Danas se na osnovu ove tehnologije proizvode različite modifikacije superkondenzatora i ultrakondenzatora, koji se mogu smatrati punopravnim energetskim baterijama. Koncepti superkondenzatora prikazani u nastavku pokazuju da njihova buduća konkurencija sa konvencionalnim baterijama (baterijama) nije tako fantastična.

Šta je superkondenzator?

U suštini, ovo je optimizovana elektrohemijska baterija, napravljena u obliku kompaktnog kondenzatora. Čak i uz površno poređenje uređaja sa tipičnimakumulatora za automobil, možete istaknuti očiglednu razliku u veličini, a u praksi će prednosti isplivati i 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 nijanse još uvijek postoje zbog nesavršenosti tehnološkog razvoja ionistora, međutim, situacija se mijenja pod pritiskom tržišta sa sve većim zahtjevima za baterijama.

Dizajn i dizajn proizvoda

Osnovu ovog kondenzatora čine dvije elektrode, između kojih je tradicionalno postavljen elektrolitički medij. Razlike od baterije mogu se uočiti u strukturi materijala za proizvodnju elektroda, čije su ploče obložene poroznim aktivnim ugljenom. Što se tiče elektrolita, u tom svojstvu mogu se koristiti organske i neorganske mješavine. Konstruktivno se ističe i tehničko rješenje izolacije u strukturi superkondenzatora. Umjesto baterijskih aluminijumskih ploča sa dielektričnim slojem, koriste se komponente sa optimalnim svojstvima jonske i elektronske provodljivosti. Ako nastavimo s konceptom moguće upotrebe superkondenzatora kao baterije, tada bi porozni ugljik mogao djelovati kao elektronski provodnik, a otopina sumporne kiseline mogla bi djelovati kao ionski provodnik. Na ovaj način se može obezbijediti optimalan sloj za razdvajanje naboja između elektroda bez dodatnog uključivanja glomaznih izolatora.

Varieties of supercapacitor

Već danas postoji nekoliko pravaca u razvoju jonistora. Najuočljiviji i najperspektivniji su sljedeći tipovi uređaja:

• Dvoslojni kondenzatori. Standardni model, koji koristi gore navedene elektrode od električno provodljivog materijala, a kao elektrolit se koristi poseban separator. Akumulacija energetskog potencijala nastaje kao rezultat razdvajanja naelektrisanja 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 Faradejevog mehanizma koji je povezan s procesima akumulacije energije u konvencionalnim baterijama. I drugo, osnovna shema elektrostatičke interakcije između elektroda u dvostrukom električnom sloju je također sačuvana.
• Hibridni kondenzatori. Srednji koncept koji kombinuje pojedinačne pozitivne karakteristike baterija i kondenzatora. Takvi uređaji obično koriste kombinaciju elektroda napravljenih od miješanih oksida i dopiranih polimera. Dalji razvoj ovog pravca povezan je sa upotrebom kompozitnih materijala dopunjenih ugljičnim nosačima i provodljivim polimerima.

Ključne karakteristike

Danas je teško govoriti o dobro utvrđenim pokazateljima performansi jonistora, jerTehnologija se stalno usavršava i prilagođava za poboljšanje elektrohemijskih 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 milion, 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.

Poređenje sa konvencionalnim baterijama

Glavni razlikovni parametri su brzina akumulacije energije i stepen povrata električnog naboja. Zbog upotrebe dvostrukog sloja električnog potencijala u blizini superkondenzatora sličnih dimenzija povećava se površina radne površine elektroda. Odnosno, možemo govoriti o kombinaciji 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. Tokom rada baterije moguće je pomjeriti najveću struju prema elementu koji se nalazi u donjem dijelu bloka, a kod jonistora će u principu potencijal biti manji zbog niskog napona. Takođe, značajne razlike uključuju razliku u radnom resursu - superkondenzatori služe otprilike 25-30% duže u vremenu, da ne spominjemoveća stopa izvodljivih radnih ciklusa.

Prednosti rada superkondenzatora

Ako generalno uzmemo u obzir pozitivne efekte upotrebe superkondenzatora umjesto baterija, tada će sljedeće kvalitete doći do izražaja:

• Velika gustina energije superkondenzatora omogućava im da se koriste u elektronskim uređajima kao kratkoročni izvor napajanja.
• Bezbednost životne sredine. Naravno, elektrohemijske komponente su i dalje zadržane u dizajnu, ali njihovi toksični efekti se 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 mašina, vozila na vodonik, itd.

Vrijedi napomenuti neke od prednosti superkondenzatora u odnosu na konvencionalni kondenzator. Malo ih je, ali veliki kapacitet za skladištenje energije je fundamentalno važan. Prema ovom pokazatelju, ne mogu se sve modifikacije jonistora natjecati s baterijama, međutim, u poređenju 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 visokimpouzdanost, ekološka sigurnost i visok kapacitet. Ono što je posebno važno sa stanovišta poređenja superkondenzatora i baterija, prvi nisu toliko zahtjevni da stvaraju posebne uslove pri fizičkom rukovanju. To je dijelom 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

Postoje i slabosti kod ove vrste kondenzatora, koje se takođe jasno manifestuju u praksi. Korisnici posebno ističu njihovu nisku gustinu energije, niske performanse i ne uvijek dovoljan nivo napona, zbog čega je potrebno korištenje više elemenata za opsluživanje jedne ciljne potrošačke jedinice. Na mnogo načina, ovi nedostaci sprečavaju upotrebu superkondenzatora umjesto baterija danas, iako je, opet, tehnološki razvoj vjerojatnije da riješi ove probleme.

Izgledi za razvoj kondenzatora

Prema stručnjacima i proizvođačima baterija, u bliskoj budućnosti kondenzatori nove generacije će se koristiti svuda. To će postati moguće zbog aktivnog povećanja specifičnog kapaciteta uređaja. Vrijedi togadodati i poboljšati tehničke i strukturne karakteristike superkondenzatora, što se prvenstveno tiče dimenzija i težine. Istovremeno, već se danas organizuju ispitivanja jonistora snage do 2,5 mW. U budućnosti se ovakvi sistemi mogu koristiti u održavanju transportnih mreža, industrijskih objekata i stambenih kompleksa.

Zaključak

Koncept superkondenzatora smatra se optimalnim rješenjem u situacijama kada postoji kratkoročna potreba za napajanjem sa aktivnim punjenjem. Djelomično je to u suprotnosti sa idejom o elektrohemijskim baterijama, koje su usmjerene na dugotrajno održavanje snage sa određenim parametrima. Ali da li je moguće koristiti superkondenzator umjesto baterije u automobilu, s obzirom na ovu radnu karakteristiku? Sa velikim stepenom vjerovatnoće, napredni autokoncerni će koristiti kondenzatore velikog kapaciteta, ali samo u posebnim hibridnim verzijama koje kombinuju pozitivne kvalitete superkondenzatora kao takvih i tradicionalnih elektrohemijskih komponenti. Na primjer, danas se takva rješenja koriste u obliku kombinacije elektrohemijske olovno-kiselinske strukture i superkondenzatora.