Superkondensaatorid — seade, praktiline rakendus, eelised ja puudused

Mis on superkondensaator

Superkondensaatorid ehk superkondensaatorid meenutavad tavalisi elektrolüütkondensaatoreid, kuigi erinevad viimastest tunduvalt suurema elektrilise võimsuse poolest (ülisuured kondensaatorid). Oma omaduste poolest on ionistor aku ja kondensaatori ristmik. Tema seadet võib kirjeldada kui elektrilise topeltkihiga kondensaatorit, ilmaasjata ei kutsuta superkondensaatoreid inglisekeelsetes allikates EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Selline kondensaator töötab tänu selles toimuvatele elektrokeemilistele protsessidele, mitte lihtsalt plaatide vahele jäävasse dielektrikusse salvestatud elektriväljale nagu tavalises kondensaatoris. Plaatide vahel puudub klassikaline dielektriline kiht ja plaadid ise on valmistatud vastupidist tüüpi laengukandjatest erinevast ainest.

Sel määral, et kondensaatori mahtuvus on otseselt võrdeline selle plaatide pindalaga; suure mahutavuse saavutamiseks peab plaatidel olema suur pindala. Just sel põhjusel on superkondensaatori elektroodid tavaliselt valmistatud vahustatud süsinikust, mis annab väga olulise plaatide pindala.

Elektroodid on eraldatud separaatoriga ja on tahkes happes või aluselises elektrolüüdis. Eraldaja välistab elektroodide vahelise lühise. Rubiidiumi, hõbeda ja joodi kristalliline elektrolüüt võimaldab luua suure võimsusega madala isetühjenemisega ionistore, mis on vastupidavad madalatele temperatuuridele.

Madala sisetakistusega superkondensaatorid saadakse näiteks väävelhappelahuse baasil, kuid selliste superkondensaatorite tööpinge on piiratud 1 voltiga, lisaks on sellised lahused mürgised, mistõttu neid kasutatakse harva.

Superkondensaatoris toimuv elektrokeemiline reaktsioon põhjustab osa elektronidest lahkumise elektroodidelt, mis laeb elektroodid positiivselt. Elektrolüüt tõmbab negatiivseid ioone positiivselt laetud elektroodidele. See moodustab elektrilise kihi.

Selle tulemusena salvestatakse superkondensaatori laeng süsiniku ja elektrolüüdi liidesesse ning katioonide ja anioonide moodustatud elektrikihi paksus on vaid 1-5 nm, mis võrdub kondensaatoriplaatide vahelise väga väikese vahemaaga. . Selle tulemuseks on faradides mõõdetud märkimisväärne mahtuvus. Superkondensaator on polaarne, seetõttu tuleb ahelaga ühendamisel jälgida õiget polaarsust.

Superkondensaatorite rakendamine

Tänapäeval leidub superkondensaatoreid digitaaltehnoloogias sageli mikrokontrollerite, mäluahelate, CMOS-kiipide, elektrooniliste kellade ja muu varutoiteallikana.

Kui seda kasutatakse koos akudega, võivad superkondensaatorid suurendada tõhusust ja vähendada akude kaalu ja suurust, pakkudes tippkoormuse ajal lisavõimsust.

Olles kondensaatorite ja akude vahepealses asendis, on superkondensaatorid rakendatavad erinevates valdkondades: energia salvestamine regeneratiivpidurisüsteemides, väikese võimsusega rakendustes ja kiirlaadimisrakendustes (välk, mängija, mälu jne).

Tulevik hõlmab tõenäoliselt kaasaskantavaid elektroonikaseadmeid, elektriautosid ja kõike, mis täna töötab akudega, mille eeliseks on see, et neid saab laadida minutitega. Superkondensaatorid on asendamatud ka siis, kui lühiajalise energiatarbimise tingimustes on vaja palju laadimis-tühjenemise tsükleid.

Loetleme ainult mõned superkondensaatorite eduka kasutamise valdkonnad täna:

• tuuleenergia,
• meditsiiniseadmed,
• üleliigne toiteallikas,
• energiavaru,
• pidurdusenergia regenereerimine,
• toiduained olmeelektroonikale ja köögiseadmetele,
• toite LED-id ja andurid,
• varumälu,
• elektrooniliste lukkude toiteallika säilitamine,
• pinge stabiliseerimine.

Eelised ja miinused

Superkondensaatorite miinusteks on madal tööpinge (kuni 2,7 volti elemendi kohta, mis toob kaasa vajaduse superkondensaatorid akudesse koguda) ning akude ja kondensaatoritega võrreldes üsna kõrget hinda.

Superkondensaatorite positiivsed omadused: laadimis- ja tühjenemiskiirus, sadade tuhandete tsüklite ressurss, hooldusvaba, väikesed mõõtmed ja kaal, kasutusmugavus, lai töötemperatuuride vahemik, pikk kasutusiga.

Vaata ka: Mis vahe on akudel ja kondensaatoritel