Superkondensatori — ierīce, praktiskais pielietojums, priekšrocības un trūkumi

Kas ir superkondensators

Superkondensatori jeb superkondensatori atgādina parastos elektrolītiskos kondensatorus, lai gan no pēdējiem atšķiras ar daudz lielāku elektrisko jaudu (īpaši lieli kondensatori). Pēc īpašībām jonistors ir akumulatora un kondensatora krustojums. Viņa ierīci var raksturot kā kondensatoru ar elektrisko dubultslāni, ne velti superkondensatorus angļu resursos sauc par EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Šāds kondensators darbojas, pateicoties tajā notiekošajiem elektroķīmiskiem procesiem, nevis vienkārši elektriskajam laukam, kas glabājas dielektrikā starp plāksnēm, kā parastajā kondensatorā. Starp plāksnēm nav klasiska dielektriskā slāņa, un pašas plāksnes ir izgatavotas no vielām, kas atšķiras no pretējā tipa lādiņnesējiem.

Tādā mērā kondensatora kapacitāte ir tieši proporcionāls tā plākšņu laukumam; lai iegūtu lielu ietilpību, ir nepieciešams plašs plākšņu laukums. Šī iemesla dēļ superkondensatora elektrodi parasti ir izgatavoti no putuplasta oglekļa, kas rada ļoti ievērojamu "plākšņu" laukumu.

Elektrodi ir atdalīti ar separatoru un atrodas cietā skābes vai sārmainā elektrolītā. Atdalītājs novērš īssavienojumu starp elektrodiem. Rubidija, sudraba un joda kristāliskais elektrolīts ļauj izveidot augstas kapacitātes, zemas pašizlādes jonistorus, izturīgus pret zemām temperatūrām.

Superkondensatorus ar zemu iekšējo pretestību iegūst, piemēram, uz sērskābes šķīduma bāzes, bet šādu superkondensatoru darba spriegums ir ierobežots līdz 1 voltam, turklāt šādi šķīdumi ir toksiski, tāpēc tiek izmantoti reti.

Elektroķīmiskā reakcija superkondensatorā liek dažiem elektroniem atstāt elektrodus, kas pozitīvi uzlādē elektrodus. Negatīvos jonus elektrolīts piesaista pozitīvi lādētiem elektrodiem. Tas veido elektrisko slāni.

Rezultātā superkondensatora lādiņš tiek glabāts pie saskarnes starp oglekli un elektrolītu, un katjonu un anjonu veidotā elektriskā slāņa biezums ir tikai 1-5 nm, kas ir līdzvērtīgs ļoti mazam attālumam starp kondensatora plāksnēm. . Tas rada ievērojamu kapacitāti, ko mēra farādos. Superkondensators ir polārs, tāpēc, pievienojot ķēdei, ir jāievēro pareiza polaritāte.

Superkondensatoru pielietojums

Mūsdienās superkondensatori bieži sastopami digitālajās tehnoloģijās kā rezerves barošanas avoti mikrokontrolleriem, atmiņas shēmām, CMOS mikroshēmām, elektroniskajiem pulksteņiem un citiem.

Lietojot kopā ar akumulatoriem, superkondensatori var arī palielināt efektivitāti un ļaut samazināt akumulatoru svaru un izmēru, nodrošinot papildu jaudu maksimālās slodzes laikā.

Atrodoties starppozīcijā starp kondensatoriem un akumulatoriem, superkondensatori ir izmantojami dažādās jomās: enerģijas uzkrāšanā reģeneratīvajās bremžu sistēmās, mazjaudas lietojumos un ātrās uzlādes lietojumos (zibens, atskaņotājs, atmiņa utt.).

Nākotnē, visticamāk, tiks iekļautas pārnēsājamas elektroniskas ierīces, elektromobiļi un jebkas, kas šodien darbojas ar akumulatoriem, ar priekšrocību, ka tos var uzlādēt minūtēs. Superkondensatori ir nepieciešami arī gadījumos, kad ir nepieciešams liels skaits uzlādes-izlādes ciklu īstermiņa enerģijas patēriņa apstākļos.

Mēs uzskaitām tikai dažas no superkondensatoru veiksmīgas pielietošanas jomām šodien:

• Vēja enerģija,
• medicīniskais aprīkojums,
• lieks barošanas avots,
• enerģijas rezerves,
• bremzēšanas enerģijas reģenerācija,
• pārtika plaša patēriņa elektronikai un virtuves ierīcēm,
• barošanas gaismas diodes un sensori,
• rezerves atmiņa,
• elektronisko slēdzeņu barošanas uzturēšana,
• sprieguma stabilizācija.

Priekšrocības un trūkumi

Superkondensatoru trūkumi ietver zemu darba spriegumu (līdz 2,7 voltiem uz elementu, kas rada nepieciešamību savākt superkondensatorus akumulatoros) un diezgan augstu cenu salīdzinājumā ar baterijām un kondensatoriem.

Superkondensatoru pozitīvās īpašības: uzlādes un izlādes ātrums, simtiem tūkstošu ciklu resurss, bez apkopes, mazs izmērs un svars, lietošanas vienkāršība, plašs darba temperatūru diapazons, ilgs kalpošanas laiks.

Skatīt arī: Kāda ir atšķirība starp akumulatoriem un kondensatoriem