Supercondensatori în loc de baterii: dispozitiv, comparație de caracteristici, beneficii de utilizare, recenzii

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-19 18:20

Ideea unei capacități specifice mari a fost explorată în anii 1960, dar astăzi există un nou val de interes sporit pentru această tehnologie, datorită combinației unice de proprietăți de performanță a produsului final. Astăzi, pe baza acestei tehnologii, sunt produse diferite modificări ale supercondensatorilor și ultracapacitatorilor, care pot fi considerate o baterie de putere cu drepturi depline. Conceptele de supercondensator prezentate mai jos arată că concurența lor viitoare cu bateriile convenționale (baterii) nu este atât de fantastică.

Ce este un supercondensator?

În esență, aceasta este o baterie electrochimică optimizată, realizată sub forma unui condensator compact. Chiar și cu o comparație superficială a dispozitivului cu un tipicbaterie pentru o mașină, puteți evidenția diferența evidentă de dimensiune, iar în practică, beneficiile vor ieși la suprafață și sub forma unei durate de viață și a unei puteri mai lungi. Cu alte cuvinte, supercondensatorii pot fi folosiți în locul bateriilor, deși cu unele rezerve din cauza limitărilor în ceea ce privește acumularea potențialului de energie. Astfel de nuanțe au loc încă din cauza imperfecțiunii dezvoltării tehnologice a ionistorilor, cu toate acestea, situația se schimbă sub presiunea pieței cu cerințele în creștere pentru baterii.

Design și design de produs

Baza acestui condensator este formată din doi electrozi, între care se așează în mod tradițional mediul electrolitic. Diferențele față de baterie pot fi observate în structura materialelor pentru fabricarea electrozilor, ale căror plăci sunt acoperite cu cărbune activ poros. În ceea ce privește electrolitul, amestecurile organice și anorganice pot fi utilizate în această calitate. Din punct de vedere structural, iese în evidență și soluția tehnică a izolației în structura supercondensatoarelor. În locul plăcilor de aluminiu pentru baterie cu un strat dielectric, se folosesc componente cu proprietăți optime de conductivitate ionică și electronică. Dacă continuăm conceptul de posibilă utilizare a unui supercondensator ca baterie, atunci carbonul poros ar putea acționa bine ca un conductor electronic, iar o soluție de acid sulfuric ar putea acționa ca un conductor ionic. În acest fel, un strat optim de separare a sarcinii între electrozi poate fi asigurat fără includerea suplimentară de izolatori voluminosi.

Soiuri de supercondensatori

Deja astăzi, există mai multe direcții în dezvoltarea ionistorilor. Cele mai vizibile și promițătoare sunt următoarele tipuri de dispozitive:

• Condensatoare cu două straturi. Modelul standard, care folosește electrozii menționați mai sus din material conductiv electric și un separator special este folosit ca electrolit. Acumularea de potențial energetic are loc ca urmare a separării sarcinii pe electrozi.
• Pseudocondensatori. O baterie reîncărcabilă realizată din acest tip de supercondensator poate fi o soluție de mare succes, deoarece oferă modalități mai avansate de stocare a energiei. În primul rând, este activat principiul mecanismului Faraday asociat proceselor de acumulare a energiei în bateriile convenționale. Și în al doilea rând, se păstrează și schema de bază a interacțiunii electrostatice între electrozi într-un strat electric dublu.
• Condensatoare hibride. Un concept intermediar care combină caracteristicile pozitive individuale ale bateriilor și condensatoarelor. Astfel de dispozitive folosesc de obicei o combinație de electrozi fabricați din oxizi amestecați și polimeri dopați. Dezvoltarea ulterioară a acestei direcții este asociată cu utilizarea materialelor compozite suplimentate cu purtători de carbon și polimeri conductori.

Funcții cheie

Astăzi este greu să vorbim despre indicatorii de performanță bine stabiliți ai ionistorilor, deoarecetehnologia este în mod constant îmbunătățită și ajustată pentru îmbunătățirea surselor de curent electrochimic. Dar dacă luăm datele medii cu privire la principalele caracteristici ale supercondensatorilor, atunci indicatorii specifici vor arăta astfel:

• Timp de încărcare - 1 până la 10 secunde
• Numărul de cicluri de încărcare este de aproximativ 1 milion, ceea ce corespunde la 30.000 de ore.
• Tensiune în celula bloc - interval de la 2,3 la 2,75 V.
• Intensitate energetică - valoare standard 5 Wh/kg.
• Putere - aproximativ 10.000 W/kg.
• Durabilitate - până la 15 ani.
• Temperatura de funcționare -40°C până la 65°C.

Comparație cu bateriile convenționale

Principalii parametri distinctivi sunt rata de acumulare a energiei și gradul de revenire a sarcinii electrice. Datorită utilizării unui strat dublu de potențial electric lângă supercondensator cu dimensiuni similare, aria suprafeței de lucru a electrozilor crește. Adică putem vorbi despre combinarea celor mai bune proprietăți ale bateriei și condensatorului ca atare. Dacă comparăm distribuția curenților bateriei și supercondensatorului cu sarcina, atunci uniformitatea volumelor curentului consumat va fi în general identică, dar cu două corecții. În timpul funcționării bateriei, este posibil să se deplaseze cel mai mare curent către elementul situat în partea inferioară a blocului, iar în cazul ionistorilor, în principiu, potențialul va fi mai mic din cauza tensiunii scăzute. De asemenea, diferențele semnificative includ diferența în resursa de lucru - supercondensatorii servesc cu aproximativ 25-30% mai mult în timp, ca să nu mai vorbimo rată mai mare de cicluri de lucru realizabile.

Avantajele operarii supercondensatorilor

Dacă luăm în considerare, în general, efectele pozitive ale utilizării supercondensatorilor în locul bateriilor, atunci următoarele calități vor trece în prim-plan:

• Densitatea mare de energie a supercondensatorilor le permite să fie utilizate în dispozitive electronice ca sursă de energie pe termen scurt.
• Siguranța mediului. Desigur, componentele electrochimice sunt încă păstrate în design, dar efectele lor toxice sunt în scădere constantă.
• Posibilitatea de a utiliza energie din surse regenerabile - vânt, soare, apă și pământ.
• Extinderea oportunităților de integrare structurală a bateriilor - de exemplu, pentru întreținerea centralelor electrice complexe, a mașinilor electrice hibride, a vehiculelor alimentate cu hidrogen etc.

Este de remarcat unele dintre avantajele unui supercondensator în raport cu un condensator convențional. Sunt puține, dar o capacitate mare de stocare a energiei este esențial importantă. Conform acestui indicator, nu toate modificările ionistorilor pot concura cu bateriile, cu toate acestea, în comparație cu condensatoarele din parametrul capacității electrice, aceștia câștigă cu încredere.

Recenzii pozitive ale supercondensatorilor

Testarea și aplicarea parțială a supercondensatorilor au loc astăzi într-o varietate de industrii. După cum arată recenziile privind funcționarea acestor dispozitive, ele confirmă declarațiile producătorilor despre marefiabilitate, siguranta mediului si capacitate mare. Ceea ce este deosebit de important din punctul de vedere al comparării supercondensatorilor și bateriilor, primii nu sunt atât de pretențioși pentru a crea condiții speciale în timpul manipulării fizice. Acest lucru se datorează parțial aceleiași toxicități scăzute a componentelor, dar într-o măsură mai mare, ergonomia funcționării se datorează gradului ridicat de protecție al carcasei. Adică, utilizatorul nu trebuie să furnizeze dispozitive speciale pentru întreținerea supercondensatorilor în condiții de etanșare. Greutatea redusă și dimensiunile optimizate facilitează, de asemenea, efectuarea operațiunilor de întreținere de rutină.

Recenzii negative ale supercondensatorilor

Există și slăbiciuni în acest tip de condensatoare, care se manifestă clar și în practică. În special, utilizatorii indică densitatea lor scăzută de energie, performanța scăzută și nivelul de tensiune nu întotdeauna suficient, ceea ce face necesară utilizarea mai multor elemente pentru a servi o unitate de consum țintă. În multe privințe, aceste neajunsuri împiedică astăzi utilizarea supercondensatorilor în locul bateriilor, deși, din nou, dezvoltarea tehnologică este mai probabil să rezolve aceste probleme.

Perspective pentru dezvoltarea condensatoarelor

Potrivit experților și dezvoltatorilor de baterii, în viitorul apropiat vor fi folosiți condensatori de nouă generație peste tot. Acest lucru va deveni posibil datorită creșterii active a capacității specifice a dispozitivelor. Se merităadăugați și îmbunătățiți caracteristicile tehnice și structurale ale supercondensatorilor, care se referă în primul rând la dimensiuni și greutate. Totodată, astăzi sunt deja organizate teste de ionistori cu o putere de până la 2,5 mW. În viitor, astfel de sisteme pot fi utilizate în întreținerea rețelelor de transport, a instalațiilor industriale și a ansamblurilor rezidențiale.

Concluzie

Conceptul de supercondensator este considerat a fi soluția optimă în situațiile în care există o nevoie pe termen scurt de alimentare cu energie electrică cu încărcare curentă. În parte, aceasta este o contradicție cu ideea bateriilor electrochimice, care se concentrează pe menținerea pe termen lung a puterii cu anumiți parametri. Dar este posibil să folosiți un supercondensator în loc de o baterie într-o mașină, având în vedere această caracteristică operațională? Cu un grad ridicat de probabilitate, companiile auto avansate vor folosi condensatoare de mare capacitate, dar numai în versiuni hibride speciale care combină calitățile pozitive ale supercondensatorilor ca atare și componentele electrochimice tradiționale. De exemplu, astăzi astfel de soluții sunt folosite sub forma unei combinații între o structură electrochimică plumb-acid și un supercondensator.