Superkondensatorer istället för batterier: enhet, jämförelse av funktioner, fördelar med användning, recensioner

2024 Författare: Erin Ralphs | [email protected]. Senast ändrad: 2024-02-19 18:39

Idén om en hög specifik kapacitans utforskades på 1960-talet, men idag finns det en ny våg av ökat intresse för denna teknologi, på grund av den unika kombinationen av prestandaegenskaper hos slutprodukten. Idag, på basis av denna teknik, produceras olika modifieringar av superkondensatorer och ultrakondensatorer, som mycket väl kan betraktas som ett fullfjädrat kraftbatteri. Superkondensatorkoncepten som visas nedan visar att deras framtida konkurrens med konventionella batteripaket (batterier) inte är så fantastiska.

Vad är en superkondensator?

I huvudsak är detta ett optimerat elektrokemiskt batteri, tillverkat i form av en kompakt kondensator. Även med en översiktlig jämförelse av enheten med en typiskbatteri till en bil kan man lyfta fram den uppenbara skillnaden i storlek och i praktiken kommer fördelarna även upp till ytan i form av längre livslängd och effekt. Med andra ord kan superkondensatorer användas istället för batterier, men med vissa reservationer på grund av begränsningar vad gäller ackumulering av energipotential. Sådana nyanser äger fortfarande rum på grund av ofullkomligheten i den tekniska utvecklingen av jonistorer, men situationen förändras under trycket från marknaden med dess växande krav på batterier.

Design och produktdesign

Grunden för denna kondensator bildas av två elektroder, mellan vilka det elektrolytiska mediet traditionellt placeras. Skillnader från batteriet kan observeras i strukturen av material för tillverkning av elektroder, vars plattor är belagda med poröst aktivt kol. När det gäller elektrolyten kan organiska och oorganiska blandningar användas i denna egenskap. Strukturellt sticker också den tekniska lösningen av isolering i strukturen av superkondensatorer ut. Istället för batterialuminiumplattor med ett dielektriskt skikt används komponenter med optimala egenskaper för jonisk och elektronisk ledningsförmåga. Om vi fortsätter konceptet med möjlig användning av en superkondensator som ett batteri, kan poröst kol mycket väl fungera som en elektronisk ledare, och en lösning av svavelsyra kan fungera som en jonledare. På detta sätt kan ett optim alt laddningsseparationsskikt mellan elektroderna tillhandahållas utan extra införande av skrymmande isolatorer.

varianter av superkondensator

Redan idag finns det flera riktningar i utvecklingen av jonistorer. De mest märkbara och lovande är följande typer av enheter:

• Dubbellagerkondensatorer. Standardmodellen, som använder de ovan nämnda elektroderna gjorda av elektriskt ledande material, och en speciell separator används som elektrolyt. Ansamlingen av energipotential uppstår som ett resultat av laddningsseparation på elektroderna.
• Pseudokondensatorer. Ett laddningsbart batteri tillverkat av denna typ av superkondensator kan vara en mycket framgångsrik lösning, eftersom det erbjuder mer avancerade sätt att lagra energi. För det första aktiveras principen för Faraday-mekanismen förknippad med processerna för energiackumulering i konventionella batterier. Och för det andra bevaras också grundschemat för elektrostatisk interaktion mellan elektroder i ett dubbelt elektriskt lager.
• Hybridkondensatorer. Ett mellankoncept som kombinerar de individuella positiva egenskaperna hos batterier och kondensatorer. Sådana anordningar använder vanligtvis en kombination av elektroder gjorda av blandade oxider och dopade polymerer. Ytterligare utveckling av denna riktning är förknippad med användningen av kompositmaterial kompletterade med kolbärare och ledande polymerer.

nyckelfunktioner

Idag är det svårt att prata om jonistorers väletablerade prestationsindikatorer, eftersomTekniken förbättras ständigt och justeras för förbättring av elektrokemiska strömkällor. Men om vi tar genomsnittsdata om huvudegenskaperna hos superkondensatorer, kommer specifika indikatorer att se ut så här:

• Laddningstid - 1 till 10 sekunder
• Antalet laddningscykler är cirka 1 miljon, vilket motsvarar 30 000 timmar.
• Spänning i blockcellen - intervall från 2,3 till 2,75 V.
• Energiintensitet - standardvärde 5 Wh/kg.
• Effekt - cirka 10 000 W/kg.
• Hållbarhet - upp till 15 år.
• Driftstemperatur -40°C till 65°C.

Jämförelse med konventionella batterier

De huvudsakliga särskiljande parametrarna är ackumuleringshastigheten för energi och graden av retur av den elektriska laddningen. På grund av användningen av ett dubbelt lager av elektrisk potential nära superkondensatorn med liknande dimensioner, ökar arean på elektrodernas arbetsyta. Det vill säga, vi kan prata om att kombinera de bästa egenskaperna hos batteriet och kondensatorn som sådan. Om vi jämför fördelningen av strömmarna för batteriet och superkondensatorn med belastningen, kommer enhetligheten av volymerna av den förbrukade strömmen att vara i allmänhet identisk, men med två korrigeringar. Under driften av batteriet är det möjligt att flytta den största strömmen mot elementet som ligger i den nedre delen av blocket, och i fallet med jonistorer kommer potentialen i princip att vara mindre på grund av den låga spänningen. Betydande skillnader inkluderar också skillnaden i arbetsresursen - superkondensatorer tjänar ungefär 25-30% längre i tiden, för att inte tala omhögre frekvens av genomförbara arbetscykler.

Fördelar med att driva superkondensatorer

Om vi generellt överväger de positiva effekterna av att använda superkondensatorer istället för batterier, kommer följande egenskaper att framträda:

• Den höga energitätheten hos superkondensatorer gör att de kan användas i elektroniska enheter som en kortvarig strömkälla.
• Miljösäkerhet. Naturligtvis finns fortfarande elektrokemiska komponenter kvar i designen, men deras toxiska effekter minskar hela tiden.
• Möjlighet att använda energi från förnybara källor - vind, sol, vatten och land.
• Utökade möjligheter för strukturell integrering av batterier - till exempel för underhåll av komplexa kraftverk, hybridelektriska maskiner, vätgasdrivna fordon, etc.

Det är värt att notera några av fördelarna med en superkondensator i förhållande till en konventionell kondensator. Det finns få av dem, men en stor kapacitet för energilagring är fundament alt viktig. Enligt denna indikator kan inte alla modifieringar av jonistorer konkurrera med batterier, men i jämförelse med kondensatorer i parametern elektrisk kapacitet vinner de med säkerhet.

Positiva recensioner av superkondensatorer

Tester och partiell applicering av superkondensatorer sker idag i en mängd olika industrier. Som recensionerna om driften av dessa enheter visar bekräftar de tillverkarnas uttalanden om det högatillförlitlighet, miljösäkerhet och hög kapacitet. Vad som är särskilt viktigt med tanke på att jämföra superkondensatorer och batterier, de förra är inte så krävande för att skapa speciella förutsättningar under fysisk hantering. Detta beror delvis på samma låga toxicitet hos komponenterna, men i större utsträckning beror arbetsergonomin på höljets höga skyddsgrad. Det vill säga att användaren inte behöver tillhandahålla speciella anordningar för underhåll av superkondensatorer i förseglade förhållanden. Den låga vikten och de optimerade måtten gör det också lättare att utföra rutinunderhåll.

Negativa recensioner av superkondensatorer

Det finns också svagheter i den här typen av kondensatorer, som också tydligt visar sig i praktiken. Användare pekar särskilt på sin låga energitäthet, låga prestanda och inte alltid tillräckliga spänningsnivå, vilket gör det nödvändigt att använda flera element för att betjäna en målkonsumentenhet. På många sätt förhindrar dessa brister användningen av superkondensatorer istället för batterier idag, även om det är mer troligt att teknisk utveckling löser dessa problem.

Utsikter för utveckling av kondensatorer

Enligt experter och utvecklare av batterier kommer den nya generationens kondensatorer inom en snar framtid att användas överallt. Detta kommer att bli möjligt på grund av den aktiva ökningen av den specifika kapaciteten hos enheter. Det är värt detlägga till och förbättra de tekniska och strukturella egenskaperna hos superkondensatorer, vilket i första hand gäller dimensioner och vikt. Samtidigt organiseras redan idag tester av jonistorer med en effekt på upp till 2,5 mW. I framtiden kan sådana system användas för underhåll av transportnät, industrianläggningar och bostadskomplex.

Slutsats

Superkondensatorkonceptet anses vara den optimala lösningen i situationer där det finns ett kortsiktigt behov av strömförsörjning med spänningssatt laddning. Delvis är detta en motsägelse med idén om elektrokemiska batterier, som är fokuserade på långsiktigt underhåll av kraft med vissa parametrar. Men är det möjligt att använda en superkondensator istället för ett batteri i en bil, givet denna funktionsfunktion? Med en hög grad av sannolikhet kommer avancerade bilföretag att använda kondensatorer med hög kapacitet, men endast i speciella hybridversioner som kombinerar de positiva egenskaperna hos superkondensatorer som sådana och traditionella elektrokemiska komponenter. Till exempel används idag sådana lösningar i form av en kombination av en elektrokemisk bly-syrastruktur och en superkondensator.