Supažindinimas su superkondensatoriais

Kondensatorius yra dviejų galų pasyvus komponentas, plačiai naudojamas elektronikoje. Beveik kiekvienoje elektronikos grandinėje įvairiam naudojimui naudojami vienas ar keli kondensatoriai. Kondensatoriai yra dažniausiai naudojami elektronikos komponentai po rezistorių. Jie turi ypatingą gebėjimą kaupti energiją. Rinkoje yra įvairių tipų kondensatorių, tačiau pastaruoju metu populiarėjantys ir ateityje žadantys pakeisti ar pakeisti baterijas kondensatoriai yra superkondensatoriai arba dar vadinami ultrakondensatoriais.. Superkondensatorius yra ne kas kita, kaip didelės talpos kondensatorius, kurio talpos vertė yra daug didesnė nei įprastų kondensatorių, tačiau yra žemesnės įtampos ribos. Jie gali kaupti 10–100 kartų daugiau energijos tūrio ar masės vienetui nei elektrolitiniai kondensatoriai, gali priimti ir tiekti įkrovą daug greičiau nei akumuliatorių ir toleruoja daugiau įkrovimo-iškrovimo ciklų nei įkraunamos baterijos.

Superkondensatoriai arba ultrakondensatoriai yra nauja energijos kaupimo technologija, kuri yra labai išplėtota šiais laikais. Superkondensatoriai teikia didelę pramoninę ir ekonominę naudą

Kondensatoriaus talpa matuojama Farad (F), kaip.1uF (mikrofaradas), 1mF (milifaradas). Tačiau nors mažesnės vertės kondensatoriai yra gana paplitę elektronikoje, yra ir labai vertingų kondensatorių, kurie energiją kaupia daug didesnio tankio ir yra labai didelės talpos vertės, greičiausiai Farade.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas vietoje prieinamas 2,7 V, 1Farad super kondensatoriaus vaizdas. Įtampa yra daug mažesnė, tačiau pirmiau minėto kondensatoriaus talpa yra gana didelė.

„Super-Capacitor“ arba „Ultra-Capacitor“ privalumai

Superkondensatorių paklausa auga kiekvieną dieną. Pagrindinę spartaus vystymosi ir paklausos priežastį lemia daugelis kitų „superkondensatorių“ pranašumų, keli iš jų yra nurodyti žemiau:

• Tai užtikrina labai gerą maždaug 1 milijono įkrovimo ciklų gyvenimą.
• Darbinė temperatūra yra nuo -50 laipsnių iki 70 laipsnių, todėl ji tinkama naudoti vartotojams.
• Didelis galios tankis iki 50 kartų, kurį pasiekia baterijos.
• Kenksmingos medžiagos, toksiški metalai nėra super kondensatorių ar ultrakondensatorių gamybos proceso dalis, todėl jis yra sertifikuotas kaip vienkartinis komponentas.
• Jis yra efektyvesnis nei baterijos.
• Nereikia priežiūros, palyginti su baterijomis.

Superkondensatoriai energiją kaupia savo elektriniame lauke, tačiau akumuliatorių energijai kaupti naudoja cheminius junginius. Be to, dėl savo sugebėjimo greitai įkrauti ir iškrauti, superkondensatoriai pamažu patenka į baterijų rinką. Mažas vidinis atsparumas ir labai didelis efektyvumas, nereikia jokių priežiūros sąnaudų, ilgesnis tarnavimo laikas yra pagrindinė jo didelės paklausos šiuolaikinėje su energijos šaltiniais rinkoje priežastis.

Kondensatoriaus energijos

Kondensatorius kaupia energiją Q = C x V pavidalu. Q reiškia Krovinys kulonuose, C - talpa Faraduose ir V - įtampa voltais. Taigi, jei padidinsime talpą, padidės ir sukaupta energija Q.

Talpos vienetas yra Faradas (F), kuris pavadintas M. Faraday vardu. Faradas yra talpos vienetas kulonui / voltui. Jei sakysime, kad kondensatorius yra su 1 Faradu, tada jis sukurs 1 voltų potencialų skirtumą tarp savo plokščių, priklausomai nuo 1 kulono krūvio.

1 „Farad“ yra labai didelės vertės kondensatorius, naudojamas kaip bendras elektroninis komponentas. Elektronikoje paprastai naudojama mikrofaradų ir Pico faradų talpa. Microfarad yra pažymėta kaip uF (1/1000000 Farad arba 10 ^-6 F), nano Faradas kaip nF (1/1000000000 arba 10 ^-9 F) ir Piko farad kaip pF (1 / 1,000,000,000,000 OR10 ^-12 F)

Jei vertė tampa daug didesnė, kaip, pvz., Nedaugeliui Faradų - mF (paprastai <10F), tai reiškia, kad kondensatorius gali laikyti daug daugiau energijos tarp savo plokščių, tas kondensatorius vadinamas Ultra kondensatoriumi arba superkondensatoriumi.

Kondensatoriuje sukauptos energijos yra E = ½ CV ² džauliai. E yra sukaupta energija džauliais, C - talpa Farade, o V - potencialų skirtumas tarp plokščių.

Statyba

Superkondensatorius yra elektrocheminis prietaisas. Įdomu tai, kad nėra jokių cheminių reakcijų, atsakingų už jos elektros energijos kaupimąsi. Jie turi unikalią konstrukciją, su didele laidžia plokšte ar elektrodu, kurie yra glaudžiai su labai mažu paviršiaus plotu. Jo konstrukcija yra tokia pati kaip elektrolitinio kondensatoriaus, kurio skystas arba šlapias elektrolitas yra tarp jo elektrodų. Apie įvairius kondensatorių tipus galite sužinoti čia.

Superkondensatorius veikia kaip elektrostatinis įtaisas, saugantis savo elektros energiją kaip elektrinį lauką tarp laidžiųjų elektrodų.

Elektrodai, raudoni ir mėlyni, yra padengti dvipusiais. Paprastai jie buvo pagaminti iš grafito anglies anglies nanovamzdelių ar gelių pavidalu arba specialaus laidžių aktyvintų anglių tipo.

Norėdami užkirsti kelią dideliam elektronų srautui tarp elektrodų ir praleisti teigiamą joną, naudojama akyta popieriaus membrana. Popieriaus membrana taip pat atskiria elektrodus. Kaip matome aukščiau esančiame paveikslėlyje, akytos popieriaus membrana yra viduryje, kuri yra žalios spalvos. Elektrodai ir popieriaus separatorius yra įmirkyti skystu elektrolitu. Aliuminio folija naudojama kaip srovės kolektorius, kuris nustato elektros jungtį.

Atskyrimo plokštė ir plokščių plotas yra atsakingi už kondensatoriaus talpos vertę. Santykį galima žymėti kaip

Kur, Ɛ yra tarp plokštelių esančios medžiagos pralaidumas

A yra plokštės plotas

D yra tarpas tarp plokščių

Taigi, esant superkondensatoriui, reikia padidinti kontaktinį paviršių, tačiau yra tam tikrų apribojimų. Mes negalime padidinti kondensatoriaus fizinės formos ar dydžio. Šiam apribojimui įveikti naudojami specialūs elektrolitų tipai, skirti padidinti laidumą tarp plokščių ir taip padidinti talpą.

Superkondensatoriai taip pat vadinami dvigubo sluoksnio kondensatoriais. Už to slypi priežastis. Labai mažas atskyrimas ir didelis paviršiaus plotas naudojant specialų elektrolitą, paviršinis elektrolitinių jonų sluoksnis sudaro dvigubą sluoksnį. Tai sukuria dvi kondensatoriaus konstrukcijas, po vieną prie kiekvieno anglies elektrodo ir pavadintą dvigubo sluoksnio kondensatoriumi.

Šios konstrukcijos turi trūkumą. Kondensatoriaus įtampa tapo labai maža dėl elektrolito irimo įtampos. Įtampa labai priklauso nuo elektrolito medžiagos, medžiaga gali apriboti kondensatoriaus elektros energijos kaupimo pajėgumą. Taigi dėl mažos gnybto įtampos superkondensatorius gali būti nuosekliai sujungtas, kad būtų galima kaupti elektros krūvį esant naudingam įtampos lygiui. Dėl to nuosekliai superkondensatorius sukuria didesnę įtampą nei įprastai ir lygiagrečiai talpa tapo didesnė. Tai galima aiškiai suprasti žemiau esančia „Supercapacitor Array Construction“ technika.

Supercapacitor Array konstrukcija

Norint kaupti naudingą reikalingą įtampą, superkondensatorius reikia jungti nuosekliai. Norėdami padidinti talpą, jie turėtų būti jungiami lygiagrečiai.

Pažiūrėkime į „Supercapacitor“ masyvo konstrukciją.

Ankstesniame paveikslėlyje vienos ląstelės arba kondensatoriaus elemento įtampa žymima kaip Cv, o vienos ląstelės talpa - Cc. Superkondensatoriaus įtampos diapazonas yra nuo 1 V iki 3 V, nuosekliosios jungtys padidina įtampą, o daugiau kondensatorių lygiagrečiai padidina talpą.

Jei sukursime masyvą, įtampa nuosekliai bus

Bendra įtampa = elemento įtampa (Cv) x eilučių skaičius

Ir talpa lygiagrečiai bus

Bendra talpa = ląstelių talpa (Cc) x (stulpelių skaičius / eilučių skaičius)

Pavyzdys

Turime sukurti atsarginį saugojimo įrenginį ir tam reikalingas 2,5F super arba superkondensatorius su 6V reitingu.

Jei mums reikia sukurti masyvą naudojant 1F kondensatorius su 3 V reitingu, tai koks bus masyvo dydis ir kondensatorių kiekiai?

Bendra įtampa = elemento įtampa x eilutės numeris. Tada eilutės numeris = 6/3 eilutės numeris = 2

Reiškia, kad du kondensatoriai nuosekliai turės 6 V potencialų skirtumą.

Dabar talpa, Bendra talpa = ląstelės talpa x (stulpelio numeris / eilutės numeris). Tada kolonos skaičius = (2,5 x 2) / 1

Taigi, mums reikia 2 eilučių ir 5 stulpelių.

Sukonstruokime masyvą,

Visa masyve sukaupta energija yra

Superkondensatoriai gerai kaupia energiją ir ten, kur reikia greitai įkrauti ar iškrauti. Jis plačiai naudojamas kaip atsarginiai įrenginiai, kur reikia atsarginio maitinimo šaltinio arba greito iškrovimo. Jie toliau naudojami spausdintuvuose, automobiliuose ir įvairiuose geriamosios elektronikos prietaisuose.