Въведение в суперкондензаторите

Кондензаторът е двутерминален пасивен компонент, който се използва широко в електрониката. Почти всяка верига, която откриваме в електрониката, използва един или повече кондензатори за различна употреба. Кондензаторите са най-използваният електронен компонент след резисторите. Те имат специална способност да съхраняват енергия. На пазара се предлагат различни видове кондензатори, но този, който наскоро придобива популярност и обещава замяна или алтернатива на батериите в бъдеще, е суперкондензатор или известен също като ултракондензатор. Суперкондензаторът не е нищо друго освен кондензатор с голям капацитет със стойности на капацитета, много по-високи от нормалните кондензатори, но по-ниски граници на напрежението, Те могат да съхраняват 10 до 100 пъти повече енергия на единица обем или маса от електролитни кондензатори, могат да приемат и доставят заряд много по-бързо от батерии и толерират повече цикли на зареждане-разреждане от акумулаторните батерии.

Суперкондензаторите или ултракондензаторите са нова технология за съхранение на енергия, която е силно развита в съвременността. Суперкондензаторите осигуряват значителни промишлени и икономически ползи

Капацитетът на кондензатор се измерва във Фарад (F), като.1uF (микрофарад), 1mF (милифарад). Въпреки това, докато кондензаторите с по-ниска стойност са доста често срещани в електрониката, също са на разположение кондензатори с много висока стойност, които съхраняват енергия в много по-висока плътност и се предлагат в много висока стойност на капацитета, вероятно в Farad.

В горното изображение е показано локално изображение от 2,7 V, 1Farad супер кондензатор. Номиналното напрежение е много по-ниско, но капацитетът на горния кондензатор е доста висок.

Предимства на суперкондензатора или ултракондензатора

Търсенето на суперкондензатори нараства от ден на ден. Основната причина за бързото развитие и търсене се дължи на много други предимства на суперкондензаторите, малко от тях са посочени по-долу:

• Той осигурява много добър живот от около 1 милион цикли на зареждане.
• Работната температура е от -50 градуса до почти 70 градуса, което го прави подходящ за използване в потребителски приложения.
• Висока плътност на мощността до 50 пъти, което се постига чрез батерии.
• Вредните материали, токсичните метали не са част от производствения процес на суперкондензаторите или ултракондензаторите, което го прави сертифициран като компонент за еднократна употреба.
• Той е по-ефективен от батериите.
• Не изисква поддръжка в сравнение с батериите.

Суперкондензаторите съхраняват енергии в електрическото му поле, но в случай на батерии използват химични съединения за съхраняване на енергии. Също така, поради способността си бързо да се зарежда и разрежда, суперкондензаторите бавно навлизат на пазара на батерии. Ниското вътрешно съпротивление с много висока ефективност, без разходи за поддръжка, по-дълъг живот са основната причина за голямото му търсене на съвременния пазар на източници на енергия.

Енергии в кондензатор

Кондензатор магазин енергия под формата на Q = С х V. Q означава Charge in Coulombs, C за капацитет в Farads и V за напрежение във волта. Така че, ако увеличим капацитета, съхранената енергия Q също ще се увеличи.

Единицата за капацитет е Farad (F), която е кръстена на M. Faraday. Farad е капацитетната единица по отношение на кулон / волт. Ако кажем кондензатор с 1 Farad, тогава той ще създаде 1-волтова потенциална разлика между плочите си в зависимост от 1-кулонния заряд.

1 Farad е кондензатор с много голяма стойност, който се използва като общ електронен компонент. В електрониката обикновено се използва капацитет от микрофарад до фако фарад. Микрофарадът се обозначава като uF (1/1 000 000 Farad или 10 ^-6 F), нано фарадът като nF (1/1 000 000 000 или 10 ^-9 F), а Pico farad като pF (1/1 000 000 000 000 или10 ^-12 F)

Ако стойността става много по-висока, като ДФ до няколко Farads (обикновено <10F), означава кутията кондензатор притежава много повече енергии между своите чинии, че кондензатор, както се нарича Ultra кондензатор или суперкондензатор.

Енергиите, съхранявани в кондензатор, са E = ½ CV ² джаула. E е съхранената енергия в джаули, C е капацитетът във Farad и V е потенциалната разлика между плочите.

Изграждането на

Суперкондензаторът е електрохимично устройство. Интересното е, че няма химически реакции, отговорни за съхраняването на електрическата енергия. Те имат уникална конструкция, с голяма проводима плоча или електрод, които са разположени близо до много малка повърхност. Конструкцията му е същата като електролитен кондензатор с течен или мокър електролит между електродите. Можете да научите за различни видове кондензатори тук.

Суперкондензаторът действа като електростатично устройство, съхраняващо своята електрическа енергия като електрическо поле между проводимите електроди.

Електродите, червен и син, са покрити двустранно. Те обикновено са направени от графитен въглерод под формата на въглеродни нанотръби или гелове или специален тип проводящи активирани въглероди.

За да се блокира големият електронен поток между електродите и преминаването на положителния йон, се използва пореста хартиена мембрана. Хартиената мембрана също разделя електродите. Както виждаме на горното изображение, порестата мембрана от хартия е разположена в средата, която е зелена на цвят. Електродите и сепараторът за хартия се импрегнират с течния електролит. Алуминиевото фолио се използва като токов колектор, който установява електрическата връзка.

Разделителната плоча и площта на плочите са отговорни за стойността на капацитета на кондензатора. Отношението може да се обозначи като

Където Ɛ е диелектричната проницаемост на материала, присъстващ между плочите

А е площта на плочата

D е разстоянието между плочите

Така че, в случай на суперкондензатор, контактната повърхност е необходимо да се увеличи, но има ограничение. Не можем да увеличим физическата форма или размера на кондензатора. За да се преодолее това ограничение, се използват специални видове електролити за увеличаване на проводимостта между плочите, като по този начин увеличават капацитета.

Суперкондензаторите също се наричат ​​двуслойни кондензатори. Зад това има причина. Много малко разделяне и голяма повърхност с помощта на специален електролит, повърхностният слой на електролитните йони образува двоен слой. Той създава два кондензаторни конструкции, по един на всеки въглероден електрод и наречен двуслоен кондензатор.

Тези конструкции имат недостатък. Напрежението в кондензатора стана много ниско поради напрежението на разлагане на електролита. Напрежението силно зависи от електролитния материал, материалът може да ограничи капацитета за съхранение на електрическа енергия на кондензатора. Така че, поради ниското терминално напрежение, суперкондензатор може да бъде свързан последователно, за да съхранява електрически заряд при полезно ниво на напрежение. Поради това суперкондензаторът последователно произвежда по-високо напрежение от обикновено и успоредно с това капацитетът става по-голям. Това може да бъде ясно разбрано от техниката за изграждане на масив от суперкондензатор по-долу.

Изграждане на масив от суперкондензатор

За да се запази зарядът при полезно необходимо напрежение, суперкондензаторите трябва да бъдат свързани последователно. И за увеличаване на капацитета те трябва да бъдат свързани паралелно.

Нека видим конструкцията на масива на Суперкондензатора.

В горното изображение напрежението на клетката на единична клетка или кондензатор е означено като Cv, докато капацитетът на единична клетка е означен като Cc. Диапазонът на напрежението на суперкондензатора е от 1V до 3V, последователните връзки увеличават напрежението и повече кондензатори успоредно увеличават капацитета.

Ако създадем масива, последователното напрежение ще бъде

Общо напрежение = напрежение на клетката (Cv) x Брой редове

И капацитетът паралелно ще бъде

Общ капацитет = Капацитет на клетката (Cc) x (Брой колони / Брой редове)

Пример

Трябва да създадем резервно устройство за съхранение и за това е необходим 2.5F супер или суперкондензатор с 6V рейтинг.

Ако трябва да създадем масива с помощта на 1F кондензатори с 3V номинал, тогава какъв ще бъде размерът на масива и количествата кондензатори?

Общо напрежение = напрежение на клетката x номер на ред Тогава, номер на ред = 6/3 номер на ред = 2

Означава, че два последователни кондензатора ще имат 6V потенциална разлика.

Сега капацитетът, Общ капацитет = Капацитет на клетката x (Номер на колона / Номер на ред) Тогава, Количествен номер = (2,5 x 2) / 1

И така, имаме нужда от 2 реда и 5 колони.

Нека да конструираме масива,

Общата енергия, съхранявана в масива, е

Суперкондензаторите са добри в съхраняването на енергия и там, където е необходимо бързо зареждане или разреждане. Той се използва широко като резервни устройства, където е необходимо резервно захранване или бързо разреждане. По-нататък те се използват в принтери, автомобили и различни питейни електронни устройства.