Superkondensatorer i stedet for batterier: enhed, funktionssammenligning, fordele ved brug, anmeldelser

2024 Forfatter: Erin Ralphs | [email protected]. Sidst ændret: 2024-02-19 13:20

Ideen om en høj specifik kapacitans blev udforsket i 1960'erne, men i dag er der en ny bølge af øget interesse for denne teknologi på grund af den unikke kombination af ydeevneegenskaber for det endelige produkt. I dag produceres der på basis af denne teknologi forskellige modifikationer af superkondensatorer og ultrakondensatorer, som godt kan betragtes som et fuldgyldigt strømbatteri. Superkondensatorkoncepterne vist nedenfor viser, at deres fremtidige konkurrence med konventionelle batteripakker (batterier) ikke er så fantastisk.

Hvad er en superkondensator?

I det væsentlige er dette et optimeret elektrokemisk batteri, lavet i form af en kompakt kondensator. Selv med en overfladisk sammenligning af enheden med en typiskbatteri til en bil, kan du fremhæve den åbenlyse størrelsesforskel, og i praksis vil fordelene også komme til overfladen i form af længere levetid og effekt. Med andre ord kan superkondensatorer bruges i stedet for batterier, dog med nogle forbehold på grund af begrænsninger med hensyn til energipotentialakkumulering. Sådanne nuancer finder stadig sted på grund af ufuldkommenheden i den teknologiske udvikling af ionistorer, men situationen ændrer sig under presset fra markedet med dets voksende krav til batterier.

Design og produktdesign

Grundlaget for denne kondensator er dannet af to elektroder, mellem hvilke det elektrolytiske medium traditionelt er placeret. Forskelle fra batteriet kan observeres i strukturen af materialer til fremstilling af elektroder, hvis plader er belagt med porøst aktivt kul. Hvad angår elektrolytten, kan organiske og uorganiske blandinger anvendes i denne egenskab. Strukturelt skiller den tekniske løsning af isolering i strukturen af superkondensatorer sig også ud. I stedet for batterialuminiumsplader med et dielektrisk lag anvendes komponenter med optimale egenskaber for ionisk og elektronisk ledningsevne. Hvis vi fortsætter konceptet om mulig brug af en superkondensator som et batteri, så kunne porøst kulstof godt fungere som en elektronisk leder, og en opløsning af svovlsyre kunne fungere som en ionisk leder. På denne måde kan der tilvejebringes et optim alt ladningsadskillelseslag mellem elektroderne uden yderligere inkludering af omfangsrige isolatorer.

varianter af superkondensator

Allerede i dag er der flere retninger i udviklingen af ionistorer. De mest bemærkelsesværdige og lovende er følgende typer enheder:

• Dobbeltlagskondensatorer. Standardmodellen, som bruger de ovennævnte elektroder lavet af elektrisk ledende materiale, og en speciel separator bruges som elektrolyt. Akkumuleringen af energipotentiale sker som et resultat af ladningsadskillelse på elektroderne.
• Pseudokondensatorer. Et genopladeligt batteri lavet af denne type superkondensator kan være en meget vellykket løsning, da det tilbyder mere avancerede måder at lagre energi på. For det første aktiveres princippet om Faraday-mekanismen forbundet med energiakkumuleringsprocesserne i konventionelle batterier. Og for det andet er det grundlæggende skema for elektrostatisk interaktion mellem elektroder i et dobbelt elektrisk lag også bevaret.
• Hybride kondensatorer. Et mellemkoncept, der kombinerer de individuelle positive egenskaber ved batterier og kondensatorer. Sådanne anordninger bruger typisk en kombination af elektroder fremstillet af blandede oxider og doterede polymerer. Yderligere udvikling af denne retning er forbundet med brugen af kompositmaterialer suppleret med kulstofbærere og ledende polymerer.

Nøglefunktioner

I dag er det svært at tale om de veletablerede præstationsindikatorer for ionistorer, forditeknologien bliver konstant forbedret og justeret til forbedring af elektrokemiske strømkilder. Men hvis vi tager de gennemsnitlige data om de vigtigste egenskaber ved superkondensatorer, vil specifikke indikatorer se sådan ud:

• Opladningstid - 1 til 10 sekunder
• Antallet af opladningscyklusser er omkring 1 million, hvilket svarer til 30.000 timer.
• Spænding i blokcellen - område fra 2,3 til 2,75 V.
• Energiintensitet - standardværdi 5 Wh/kg.
• Effekt - omkring 10.000 W/kg.
• Holdbarhed - op til 15 år.
• Driftstemperatur -40°C til 65°C.

Sammenligning med konventionelle batterier

De vigtigste kendetegnende parametre er akkumuleringshastigheden af energi og graden af returnering af den elektriske ladning. På grund af brugen af et dobbeltlag af elektrisk potentiale nær superkondensatoren med lignende dimensioner, øges arealet af elektrodernes arbejdsflade. Det vil sige, at vi kan tale om at kombinere de bedste egenskaber ved batteriet og kondensatoren som sådan. Hvis vi sammenligner fordelingen af batteriets og superkondensatorens strømme med belastningen, så vil ensartetheden af mængderne af den forbrugte strøm generelt være identisk, men med to korrektioner. Under driften af batteriet er det muligt at flytte den største strøm mod elementet placeret i den nederste del af blokken, og ved ionistorer vil potentialet i princippet være mindre på grund af den lave spænding. Betydende forskelle inkluderer også forskellen i arbejdsressourcen - superkondensatorer tjener cirka 25-30% længere i tid, for ikke at nævnehøjere hastighed af gennemførlige arbejdscyklusser.

Fordele ved at betjene superkondensatorer

Hvis vi generelt overvejer de positive virkninger af at bruge superkondensatorer i stedet for batterier, så vil følgende kvaliteter komme til syne:

• Den høje energitæthed af superkondensatorer gør det muligt at bruge dem i elektroniske enheder som en kortvarig strømkilde.
• Miljøsikkerhed. Selvfølgelig er elektrokemiske komponenter stadig bibeholdt i designet, men deres toksiske virkninger aftager konstant.
• Mulighed for at bruge energi fra vedvarende kilder - vind, sol, vand og land.
• Udvidelse af muligheder for strukturel integration af batterier - for eksempel til vedligeholdelse af komplekse kraftværker, hybridelektriske maskiner, brintdrevne køretøjer osv.

Det er værd at bemærke nogle af fordelene ved en superkondensator i forhold til en konventionel kondensator. Der er få af dem, men en stor kapacitet til energilagring er grundlæggende vigtig. Ifølge denne indikator kan ikke alle modifikationer af ionistorer konkurrere med batterier, men sammenlignet med kondensatorer i parameteren elektrisk kapacitet vinder de trygt.

Positive anmeldelser af superkondensatorer

Test og delvis anvendelse af superkondensatorer finder i dag sted i en række forskellige industrier. Som anmeldelserne om driften af disse enheder viser, bekræfter de producenternes udtalelser om det højepålidelighed, miljøsikkerhed og høj kapacitet. Hvad der er særligt vigtigt ud fra en sammenligning af superkondensatorer og batterier, er førstnævnte ikke så krævende for at skabe særlige forhold under fysisk håndtering. Dette skyldes dels den samme lave toksicitet af komponenterne, men i højere grad skyldes betjeningens ergonomi den høje grad af beskyttelse af kabinettet. Det vil sige, at brugeren ikke behøver at levere specielle enheder til vedligeholdelse af superkondensatorer under forseglede forhold. Den lave vægt og optimerede dimensioner gør det også nemmere at udføre rutinemæssig vedligeholdelse.

Negative anmeldelser af superkondensatorer

Der er også svagheder i denne form for kondensatorer, som også tydeligt kommer til udtryk i praksis. Brugerne peger især på deres lave energitæthed, lave ydeevne og ikke altid tilstrækkelige spændingsniveau, hvilket gør det nødvendigt at bruge flere elementer til at betjene én målforbrugerenhed. På mange måder forhindrer disse mangler brugen af superkondensatorer i stedet for batterier i dag, selvom det igen er mere sandsynligt, at teknologisk udvikling løser disse problemer.

Udsigter for udvikling af kondensatorer

Ifølge eksperter og udviklere af batterier vil den nye generation af kondensatorer i den nærmeste fremtid blive brugt over alt. Dette vil blive muligt på grund af den aktive stigning i den specifikke kapacitet af enheder. Det er det værdtilføje og forbedre de tekniske og strukturelle egenskaber for superkondensatorer, som primært vedrører dimensioner og vægt. Samtidig er der allerede i dag ved at blive organiseret test af ionistorer med en effekt på op til 2,5 mW. I fremtiden kan sådanne systemer bruges til vedligeholdelse af transportnetværk, industrifaciliteter og boligkomplekser.

Konklusion

Superkondensatorkonceptet anses for at være den optimale løsning i situationer, hvor der er et kortvarigt behov for strømforsyning med strømførende opladning. Til dels er dette en modstrid med ideen om elektrokemiske batterier, som er fokuseret på langsigtet vedligeholdelse af strøm med visse parametre. Men er det muligt at bruge en superkondensator i stedet for et batteri i en bil, givet denne funktionelle funktion? Med en høj grad af sandsynlighed vil avancerede bilfirmaer bruge højkapacitetskondensatorer, men kun i specielle hybridversioner, der kombinerer de positive egenskaber ved superkondensatorer som sådan og traditionelle elektrokemiske komponenter. For eksempel bruges sådanne løsninger i dag i form af en kombination af en elektrokemisk bly-syre-struktur og en superkondensator.