Supercapacitors dan bukannya bateri: peranti, perbandingan ciri, faedah penggunaan, ulasan

2024 Pengarang: Erin Ralphs | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-19 18:05

Idea kapasitansi khusus yang tinggi telah diterokai pada tahun 1960-an, tetapi hari ini terdapat gelombang baru peningkatan minat dalam teknologi ini, disebabkan oleh gabungan unik sifat prestasi produk akhir. Hari ini, berdasarkan teknologi ini, pelbagai pengubahsuaian supercapacitors dan ultracapacitors dihasilkan, yang boleh dianggap sebagai bateri kuasa penuh. Konsep kapasitor super yang ditunjukkan di bawah menunjukkan bahawa persaingan masa depan mereka dengan pek bateri konvensional (bateri) tidak begitu hebat.

Apakah itu supercapacitor?

Pada dasarnya, ini ialah bateri elektrokimia yang dioptimumkan, dibuat dalam bentuk kapasitor padat. Walaupun dengan perbandingan sepintas lalu peranti dengan tipikalbateri untuk kereta, anda boleh menyerlahkan perbezaan yang jelas dalam saiz, dan dalam amalan, faedah juga akan muncul ke permukaan dalam bentuk hayat perkhidmatan dan kuasa yang lebih lama. Dalam erti kata lain, superkapasitor boleh digunakan sebagai ganti bateri, walaupun dengan beberapa tempahan kerana batasan dari segi pengumpulan potensi tenaga. Nuansa sedemikian masih berlaku disebabkan oleh ketidaksempurnaan pembangunan teknologi ionistor, bagaimanapun, keadaan berubah di bawah tekanan pasaran dengan keperluan bateri yang semakin meningkat.

Reka bentuk dan reka bentuk produk

Asas kapasitor ini dibentuk oleh dua elektrod, di mana medium elektrolitik diletakkan secara tradisional. Perbezaan dari bateri boleh diperhatikan dalam struktur bahan untuk pembuatan elektrod, plat yang disalut dengan karbon diaktifkan berliang. Bagi elektrolit, campuran organik dan bukan organik boleh digunakan dalam kapasiti ini. Secara struktur, penyelesaian teknikal penebat dalam struktur supercapacitors juga menonjol. Daripada plat aluminium bateri dengan lapisan dielektrik, komponen dengan sifat optimum kekonduksian ionik dan elektronik digunakan. Jika kita meneruskan konsep kemungkinan penggunaan supercapacitor sebagai bateri, maka karbon berliang boleh bertindak sebagai konduktor elektronik, dan larutan asid sulfurik boleh bertindak sebagai konduktor ionik. Dengan cara ini, lapisan pemisah cas optimum antara elektrod boleh disediakan tanpa kemasukan tambahan penebat besar.

Pelbagai kapasitor super

Sudah hari ini, terdapat beberapa arah dalam pembangunan ionistor. Yang paling ketara dan menjanjikan ialah jenis peranti berikut:

• Kapasitor dua lapisan. Model standard, yang menggunakan elektrod yang disebut di atas diperbuat daripada bahan konduktif elektrik, dan pemisah khas digunakan sebagai elektrolit. Pengumpulan potensi tenaga berlaku akibat pemisahan cas pada elektrod.
• Pseudocapacitors. Bateri boleh dicas semula yang diperbuat daripada supercapacitor jenis ini boleh menjadi penyelesaian yang sangat berjaya, kerana ia menawarkan cara yang lebih maju untuk menyimpan tenaga. Pertama, prinsip mekanisme Faraday yang berkaitan dengan proses pengumpulan tenaga dalam bateri konvensional diaktifkan. Dan kedua, skema asas interaksi elektrostatik antara elektrod dalam lapisan elektrik berganda juga dipelihara.
• Kapasitor hibrid. Konsep perantaraan yang menggabungkan ciri positif individu bateri dan kapasitor. Peranti sedemikian biasanya menggunakan gabungan elektrod yang diperbuat daripada oksida campuran dan polimer terdop. Perkembangan lanjut arah ini dikaitkan dengan penggunaan bahan komposit yang ditambah dengan pembawa karbon dan polimer konduktif.

Ciri Utama

Hari ini sukar untuk bercakap tentang penunjuk prestasi ionistor yang mantap, keranateknologi sentiasa diperbaiki, dan diselaraskan untuk penambahbaikan sumber arus elektrokimia. Tetapi jika kita mengambil data purata mengenai ciri utama supercapacitors, maka penunjuk khusus akan kelihatan seperti ini:

• Masa pengecasan - 1 hingga 10 saat
• Bilangan kitaran pengecasan ialah kira-kira 1 juta, yang sepadan dengan 30,000 jam.
• Voltan dalam sel blok - julat dari 2.3 hingga 2.75 V.
• Keamatan tenaga - nilai standard 5 Wj/kg.
• Kuasa - kira-kira 10,000 W/kg.
• Ketahanan - sehingga 15 tahun.
• Suhu Operasi -40°C hingga 65°C.

Perbandingan dengan bateri konvensional

Parameter yang membezakan utama ialah kadar pengumpulan tenaga dan tahap pengembalian cas elektrik. Oleh kerana penggunaan lapisan berganda potensi elektrik berhampiran supercapacitor dengan dimensi yang sama, kawasan permukaan kerja elektrod meningkat. Iaitu, kita boleh bercakap tentang menggabungkan sifat terbaik bateri dan kapasitor seperti itu. Jika kita membandingkan pengagihan arus bateri dan supercapacitor dengan beban, maka keseragaman isipadu arus yang digunakan akan secara amnya sama, tetapi dengan dua pembetulan. Semasa operasi bateri, adalah mungkin untuk mengalihkan arus terbesar ke arah elemen yang terletak di bahagian bawah blok, dan dalam kes ionistor, pada dasarnya, potensi akan kurang disebabkan oleh voltan rendah. Juga, perbezaan yang ketara termasuk perbezaan dalam sumber kerja - supercapacitors berfungsi kira-kira 25-30% lebih lama dalam masa, apatah lagikadar kitaran tugas boleh dilakukan yang lebih tinggi.

Kelebihan mengendalikan supercapacitors

Jika secara amnya kita mempertimbangkan kesan positif menggunakan superkapasitor dan bukannya bateri, maka kualiti berikut akan diutamakan:

• Ketumpatan tenaga tinggi superkapasitor membolehkannya digunakan dalam peranti elektronik sebagai sumber kuasa jangka pendek.
• Keselamatan alam sekitar. Sudah tentu, komponen elektrokimia masih dikekalkan dalam reka bentuk, tetapi kesan toksiknya sentiasa berkurangan.
• Kemungkinan menggunakan tenaga daripada sumber boleh diperbaharui - angin, matahari, air dan tanah.
• Peluasan peluang untuk penyepaduan struktur bateri - contohnya, untuk penyelenggaraan loji kuasa kompleks, mesin elektrik hibrid, kenderaan bahan api hidrogen, dsb.

Perlu diperhatikan beberapa kelebihan supercapacitor berbanding dengan kapasitor konvensional. Terdapat sedikit daripada mereka, tetapi kapasiti besar untuk penyimpanan tenaga adalah penting pada asasnya. Menurut penunjuk ini, tidak semua pengubahsuaian ionistor boleh bersaing dengan bateri, namun, berbanding dengan kapasitor dalam parameter kapasiti elektrik, mereka dengan yakin menang.

Ulasan positif supercapacitors

Pengujian dan penggunaan separa supercapacitors hari ini berlaku dalam pelbagai industri. Seperti yang ditunjukkan oleh ulasan mengenai pengendalian peranti ini, mereka mengesahkan kenyataan pengeluar tentang yang tinggikebolehpercayaan, keselamatan alam sekitar dan kapasiti tinggi. Apa yang penting terutamanya dari sudut membandingkan supercapacitors dan bateri, yang pertama tidak begitu menuntut untuk mewujudkan keadaan khas semasa pengendalian fizikal. Ini sebahagiannya disebabkan oleh ketoksikan rendah komponen yang sama, tetapi pada tahap yang lebih besar, ergonomik operasi adalah disebabkan oleh tahap perlindungan yang tinggi bagi kes itu. Iaitu, pengguna tidak perlu menyediakan peranti khas untuk penyelenggaraan supercapacitors dalam keadaan tertutup. Berat rendah dan dimensi yang dioptimumkan juga memudahkan untuk menjalankan operasi penyelenggaraan rutin.

Ulasan negatif supercapacitors

Terdapat juga kelemahan dalam jenis kapasitor ini, yang juga jelas ditunjukkan dalam amalan. Khususnya, pengguna menunjukkan kepadatan tenaga mereka yang rendah, prestasi rendah dan tahap voltan yang tidak selalu mencukupi, yang menjadikannya perlu untuk menggunakan beberapa elemen untuk melayani satu unit pengguna sasaran. Dalam banyak cara, kelemahan ini menghalang penggunaan superkapasitor dan bukannya bateri hari ini, walaupun, sekali lagi, pembangunan teknologi lebih berkemungkinan untuk menyelesaikan masalah ini.

Prospek untuk pembangunan kapasitor

Menurut pakar dan pembangun bateri, dalam masa terdekat, kapasitor generasi baharu akan digunakan di mana-mana sahaja. Ini akan menjadi mungkin disebabkan oleh peningkatan aktif dalam kapasiti khusus peranti. Ia berbaloimenambah dan menambah baik ciri teknikal dan struktur superkapasitor, yang terutamanya melibatkan dimensi dan berat. Pada masa yang sama, ujian ionistor dengan kuasa sehingga 2.5 mW telah pun dianjurkan hari ini. Pada masa hadapan, sistem sedemikian boleh digunakan dalam penyelenggaraan rangkaian pengangkutan, kemudahan perindustrian dan kompleks kediaman.

Kesimpulan

Konsep supercapacitor dianggap sebagai penyelesaian optimum dalam situasi di mana terdapat keperluan jangka pendek untuk bekalan kuasa dengan cas hidup. Sebahagiannya, ini adalah percanggahan dengan idea bateri elektrokimia, yang memberi tumpuan kepada penyelenggaraan jangka panjang kuasa dengan parameter tertentu. Tetapi adakah mungkin untuk menggunakan supercapacitor dan bukannya bateri di dalam kereta, memandangkan ciri operasi ini? Dengan tahap kebarangkalian yang tinggi, kebimbangan auto lanjutan akan menggunakan kapasitor berkapasiti tinggi, tetapi hanya dalam versi hibrid khas yang menggabungkan kualiti positif supercapacitor seperti itu dan komponen elektrokimia tradisional. Sebagai contoh, hari ini penyelesaian sedemikian digunakan dalam bentuk gabungan struktur asid plumbum elektrokimia dan supercapacitor.