Uvod u superkondenzatore

Kondenzator je pasivna komponenta s dva terminala, koja se široko koristi u elektronici. Gotovo svaki sklop koji pronađemo u elektronici koristi jedan ili više kondenzatora za različite potrebe. Kondenzatori su nakon otpornika najčešće korištena elektronička komponenta. Imaju posebnu sposobnost spremanja energije. Na tržištu su dostupne različite vrste kondenzatora, ali onaj koji je nedavno sve popularniji i koji u budućnosti obećava zamjenu ili zamjenu baterija, superkandenzatori su ili poznati i kao ultrakondenzatori. Superkondenzator nije ništa drugo nego kondenzator velikog kapaciteta s vrijednostima kapacitivnosti puno višim od normalnih kondenzatora, ali nižim granicama napona. Mogu pohraniti 10 do 100 puta više energije po jedinici zapremine ili mase od elektrolitičkih kondenzatora, mogu primati i isporučivati ​​punjenje mnogo brže baterije i toleriraju više ciklusa punjenja-pražnjenja od punjivih baterija.

Superkondenzatori ili ultrakondenzatori nova su tehnologija skladištenja energije koja je jako razvijena u moderno doba. Superkondenzatori pružaju značajne industrijske i ekonomske koristi

Kapacitet kondenzatora mjeri se u Faradu (F), poput.1uF (mikrofarad), 1mF (milifarad). Međutim, iako su kondenzatori niže vrijednosti prilično uobičajeni u elektronici, dostupni su i kondenzatori vrlo visoke vrijednosti koji pohranjuju energiju u mnogo većoj gustoći i dostupni su u vrlo visokoj vrijednosti kapacitivnosti, vjerojatno u Faradu.

Na gornjoj je slici prikazana lokalno dostupna slika super kondenzatora od 2,7 V, 1 Farad. Napon je znatno niži, ali je kapacitet gore navedenog kondenzatora prilično velik.

Prednosti super-kondenzatora ili ultra-kondenzatora

Potražnja za superkondenzatorima raste iz dana u dan. Glavni razlog brzog razvoja i potražnje je zbog mnogih drugih prednosti superkondenzatora, a nekoliko njih je navedeno u nastavku:

• Pruža vrlo dobar životni vijek od oko 1 milijun ciklusa punjenja.
• Radna temperatura je od -50 do gotovo 70 stupnjeva, što ga čini prikladnim za upotrebu u potrošačkim aplikacijama.
• Velika gustoća snage do 50 puta, što se postiže baterijama.
• Štetni materijali, otrovni metali nisu dio proizvodnog postupka super kondenzatora ili ultrakondenzatora zbog čega je certificiran kao jednokratna komponenta.
• Učinkovitiji je od baterija.
• Ne zahtijeva održavanje u usporedbi s baterijama.

Superkondenzatori pohranjuju energiju u njegovom električnom polju, ali u slučaju baterija koriste kemijske spojeve za spremanje energije. Također, zbog svoje sposobnosti brzog punjenja i pražnjenja, superkondenzatori polako ulaze na tržište baterija. Niski unutarnji otpor s vrlo visokom učinkovitošću, bez troškova održavanja, duži vijek trajanja glavni su razlog velike potražnje na modernom tržištu povezanih s izvorima energije.

Energije u kondenzatoru

Kondenzator spremanje energije u obliku Q = C x V. Q označava naboj u kulonima, C kapacitet u Faradsu, a V napon u voltima. Dakle, ako povećamo kapacitet, pohranjena energija Q također će se povećati.

Jedinica kapacitivnosti je Farad (F) koji je dobio ime po M. Faradayu. Farad je jedinica kapacitivnosti s obzirom na kulon / volt. Ako kažemo kondenzator s 1 Faradom, tada će stvoriti 1-voltnu potencijalnu razliku između njegovih ploča, ovisno o naboju od 1 kulona.

1 Farad je kondenzator vrlo velike vrijednosti koji se koristi kao općenita elektronička komponenta. U elektronici se općenito koristi kapacitivnost mikrofarad do Pico farad. Mikrofarad je označen kao uF (1 / 1.000.000 Farad ili 10 ^-6 F), nano farad kao nF (1 / 1.000.000.000 ili 10 ^-9 F), a Pico farad kao pF (1 / 1.000.000.000.000 ili10 ^-12 F)

Ako vrijednost postane puno veća, poput mF na nekoliko Farada (općenito <10F), znači da kondenzator može zadržati puno više energije između svojih ploča, taj se kondenzator naziva ultra kondenzator ili superkondenzator.

Energije pohranjene u kondenzatoru su E = ½ CV ² Joula. E je pohranjena energija u džulima, C je kapacitet u Faradu i V je potencijalna razlika između ploča.

Izgradnja

Superkondenzator je elektrokemijski uređaj. Zanimljivo je da nema kemijskih reakcija odgovornih za pohranjivanje njegovih električnih energija. Oni imaju jedinstvenu konstrukciju, s velikom provodnom pločom ili elektrodom, koji su usko smješteni s vrlo malom površinom. Njegova je konstrukcija jednaka elektrolitskom kondenzatoru s tekućim ili mokrim elektrolitom između elektroda. Ovdje možete saznati više o različitim vrstama kondenzatora.

Superkondenzator djeluje kao elektrostatički uređaj koji pohranjuje svoju električnu energiju kao električno polje između vodljivih elektroda.

Elektrode, crvena i plava, presvučene su dvostrano. Općenito su izrađeni od grafitnog ugljika u obliku ugljikovih nanocijevi ili gelova ili posebne vrste vodljivih aktivnih ugljika.

Za blokiranje velikog protoka elektrona između elektroda i prolaska pozitivnog iona koristi se porozna papirnata membrana. Papirnata membrana također odvaja elektrode. Kao što vidimo na gornjoj slici, porozna papirnata membrana smještena je u sredini zelene boje. Elektrode i separator papira impregnirani su tekućim elektrolitom. Aluminijska folija koristi se kao kolektor struje koji uspostavlja električnu vezu.

Razdvojna ploča i površina ploča odgovorni su za vrijednost kapacitivnosti kondenzatora. Odnos se može označiti kao

Gdje je Ɛ propusnost materijala prisutnog između ploča

A je površina ploče

D je razdvajanje između ploča

Dakle, u slučaju superkondenzatora, površinu kontakta treba povećati, ali postoji ograničenje. Ne možemo povećati fizički oblik ili veličinu kondenzatora. Da bi se prevladalo ovo ograničenje koriste se posebni tipovi elektrolita za povećanje provodljivosti između ploča povećavajući tako kapacitet.

Superkondenzatori se nazivaju i dvoslojni kondenzatori. Postoji razlog iza toga. Vrlo malo razdvajanje i velika površina pomoću posebnog elektrolita, površinski sloj elektrolitskih iona tvori dvostruki sloj. Stvara dva kondenzatorska konstrukcija, po jedan na svakoj ugljičnoj elektrodi i nazvan dvoslojni kondenzator.

Te konstrukcije imaju nedostatak. Napon na kondenzatoru postao je vrlo nizak zbog napona raspadanja elektrolita. Napon jako ovisi o elektrolitnom materijalu, materijal može ograničiti kapacitet kondenzatora za pohranu električne energije. Dakle, zbog niskog napona na priključku, superkondenzator se može priključiti u seriju za pohranu električnog naboja na korisnoj razini napona. Zahvaljujući tome, superkondenzatori u seriji proizvode veći napon nego inače, a paralelno s tim kapacitivnost postaje veća. To se može jasno razumjeti dolje navedenom tehnikom konstrukcije niza superkondenzatora.

Izgradnja niza superkondenzatora

Da bi se punjenje pohranilo na korisni potreban napon, superkondenzatori moraju biti povezani redno. A za povećanje kapaciteta trebaju biti paralelno povezani.

Pogledajmo konstrukciju niza superkondenzatora.

Na gornjoj slici napon ćelije jedne ćelije ili kondenzatora označen je kao Cv, dok je kapacitet pojedinačne ćelije označen kao Cc. Raspon napona superkondenzatora je od 1V do 3V, serijski priključci povećavaju napon, a više kondenzatora paralelno povećava kapacitet.

Ako stvorimo niz, napon u nizu bit će

Ukupni napon = napon ćelije (Cv) x Broj redaka

A kapacitet paralelno će biti

Ukupni kapacitet = Kapacitet ćelije (Cc) x (Broj stupca / Broj redaka)

Primjer

Moramo stvoriti sigurnosni uređaj za pohranu, a za to je potreban super ili superkondenzator od 2,5F s ocjenom 6V.

Ako trebamo stvoriti niz pomoću 1F kondenzatora s 3V ocjenom, koja će onda biti veličina niza i količine kondenzatora?

Ukupni napon = napon ćelije x broj reda Tada je broj reda = 6/3 broj reda = 2

Znači da će dva kondenzatora u seriji imati 6V potencijalne razlike.

Sad, kapacitet, Ukupni kapacitet = Kapacitet ćelije x (Broj stupca / Broj reda) Zatim, Kolonumov broj = (2,5 x 2) / 1

Dakle, trebaju nam 2 retka i 5 stupaca.

Konstruirajmo niz,

Ukupna energija pohranjena u nizu je

Superkondenzatori dobro spremaju energiju i tamo gdje je potrebno brzo punjenje ili pražnjenje. Široko se koristi kao sigurnosni uređaji, gdje je potrebno sigurnosno napajanje ili brzo pražnjenje. Dalje se koriste u pisačima, automobilima i raznim pitkim elektroničkim uređajima.