Superkondensaattorit — laite, käytännön sovellus, edut ja haitat

Mikä on superkondensaattori

Superkondensaattorit tai superkondensaattorit muistuttavat tavallisia elektrolyyttikondensaattoreita, vaikka ne eroavatkin jälkimmäisistä paljon suuremmalla sähkökapasiteetilla (erittäin suuret kondensaattorit). Ominaisuuksiensa mukaan ionistori on akun ja kondensaattorin välinen risteys. Hänen laitettaan voidaan kuvata sähköisellä kaksoiskerroksisella kondensaattorilla, ei turhaan sanota, että superkondensaattoreita kutsutaan englanniksi EDLC:ksi — Electric Double Layer Capacitor.

Tällainen kondensaattori toimii siinä tapahtuvien sähkökemiallisten prosessien ansiosta, ei pelkästään levyjen väliseen eristeeseen varastoidun sähkökentän ansiosta, kuten perinteisessä kondensaattorissa. Levyjen välissä ei ole klassista dielektristä kerrosta, ja itse levyt on valmistettu aineista, jotka ovat erilaisia ​​päinvastaisen tyypin varauksenkantajat.

Siinä määrin, että kondensaattorin kapasitanssi on suoraan verrannollinen sen levyjen pinta-alaan; suuren kapasiteetin saavuttamiseksi levyillä on oltava laaja alue. Tästä syystä superkondensaattorin elektrodit on yleensä valmistettu vaahdotetusta hiilestä, mikä antaa erittäin merkittävän alueen "levyjä".

Elektrodit on erotettu erottimella ja ne ovat kiinteässä hapossa tai emäksisessä elektrolyytissä. Erotin eliminoi oikosulun elektrodien välillä. Rubidiumin, hopean ja jodin kiteinen elektrolyytti mahdollistaa korkean kapasiteetin, vähän itsepurkautuvien ionistorien luomisen, jotka kestävät alhaisia ​​lämpötiloja.

Superkondensaattorit, joilla on pieni sisäinen vastus, saadaan esimerkiksi rikkihappoliuoksen pohjalta, mutta tällaisten superkondensaattorien käyttöjännite on rajoitettu 1 volttiin, lisäksi tällaiset liuokset ovat myrkyllisiä, joten niitä käytetään harvoin.

Sähkökemiallinen reaktio superkondensaattorissa saa osan elektroneista poistumaan elektrodeista, mikä lataa elektrodeja positiivisesti. Elektrolyytti vetää puoleensa negatiivisia ioneja positiivisesti varautuneisiin elektrodeihin. Tämä muodostaa sähköisen kerroksen.

Tämän seurauksena superkondensaattorin varaus varastoidaan hiilen ja elektrolyytin rajapinnalle ja kationien ja anionien muodostaman sähkökerroksen paksuus on vain 1-5 nm, mikä vastaa hyvin pientä etäisyyttä kondensaattorilevyjen välillä. . Tämä johtaa merkittävään kapasitanssiin faradeilla mitattuna. Superkondensaattori on napainen, joten kun se on kytketty piiriin, on välttämätöntä tarkkailla oikeaa napaisuutta.

Superkondensaattorien käyttö

Nykyään superkondensaattoreita löytyy usein digitaalitekniikasta varavirtalähteinä mikro-ohjaimille, muistipiireille, CMOS-siruille, elektronisille kelloille ja muille.

Kun superkondensaattorit käytetään yhdessä akkujen kanssa, ne voivat myös lisätä tehokkuutta ja mahdollistaa akkujen painon ja koon pienentämisen, mikä tarjoaa lisätehoa huippukuormituksen aikana.

Kondensaattorien ja akkujen väliasennossa superkondensaattorit soveltuvat useilla aloilla: energian varastointiin regeneratiivisissa jarrujärjestelmissä, pienitehoisissa sovelluksissa ja pikalataussovelluksissa (salama, soitin, muisti jne.).

Tulevaisuudessa on todennäköisesti mukana kannettavat elektroniset laitteet, sähköautot ja kaikki, mikä nykyään toimii akuilla, sillä etuna on, että ne voidaan ladata muutamassa minuutissa. Superkondensaattorit ovat myös välttämättömiä, kun tarvitaan suuri määrä lataus-purkaussyklejä lyhyen aikavälin virrankulutuksen olosuhteissa.

Luettelemme vain joitain superkondensaattorien onnistuneen sovelluksen alueita tänään:

• tuulivoima,
• lääketieteelliset laitteet,
• redundantti virtalähde,
• energiavarasto,
• jarrutusenergian regenerointi,
• elintarvikkeet kulutuselektroniikkaan ja keittiökoneisiin,
• virran LEDit ja anturit,
• varmuuskopiomuisti,
• elektronisten lukkojen virransyötön ylläpito,
• jännitteen stabilointi.

Hyödyt ja haitat

Superkondensaattorien haittoja ovat alhainen käyttöjännite (jopa 2,7 volttia per kenno, mikä johtaa tarpeeseen kerätä superkondensaattorit akkuihin) ja melko korkea hinta akkuihin ja kondensaattoreihin verrattuna.

Superkondensaattorien positiiviset ominaisuudet: lataus- ja purkunopeus, satojen tuhansien jaksojen resurssi, huoltovapaa, pieni koko ja paino, helppokäyttöisyys, laaja käyttölämpötila-alue, pitkä käyttöikä.

Katso myös: Mitä eroa on paristoilla ja kondensaattoreilla