Superkapasitors in plaas van batterye: toestel, kenmerkvergelyking, gebruiksvoordele, resensies

2024 Outeur: Erin Ralphs | [email protected]. Laas verander: 2024-02-19 11:44

Die idee van 'n hoë spesifieke kapasitansie is in die 1960's ondersoek, maar vandag is daar 'n nuwe golf van verhoogde belangstelling in hierdie tegnologie, as gevolg van die unieke kombinasie van prestasie-eienskappe van die finale produk. Vandag, op grond van hierdie tegnologie, word verskeie modifikasies van superkapasitors en ultrakapasitors vervaardig, wat wel as 'n volwaardige kragbattery beskou kan word. Die superkapasitorkonsepte wat hieronder gewys word, wys dat hul toekomstige kompetisie met konvensionele batterypakke (batterye) nie so fantasties is nie.

Wat is 'n superkapasitor?

In wese is dit 'n geoptimaliseerde elektrochemiese battery, gemaak in die vorm van 'n kompakte kapasitor. Selfs met 'n vlugtige vergelyking van die toestel met 'n tipiesebattery vir 'n motor, kan jy die ooglopende verskil in grootte uitlig, en in die praktyk sal die voordele ook na die oppervlak kom in die vorm van 'n langer dienslewe en krag. Met ander woorde, superkapasitors kan in plaas van batterye gebruik word, alhoewel met sekere voorbehoude as gevolg van beperkings in terme van energiepotensiaal-akkumulasie. Sulke nuanses vind steeds plaas as gevolg van die onvolmaaktheid van die tegnologiese ontwikkeling van ionistors, maar die situasie is besig om te verander onder die druk van die mark met sy groeiende vereistes vir batterye.

Ontwerp en produkontwerp

Die basis van hierdie kapasitor word gevorm deur twee elektrodes, waartussen die elektrolitiese medium tradisioneel geplaas word. Verskille van die battery kan waargeneem word in die struktuur van materiale vir die vervaardiging van elektrodes, waarvan die plate met poreuse geaktiveerde koolstof bedek is. Wat die elektroliet betref, kan organiese en anorganiese mengsels in hierdie hoedanigheid gebruik word. Struktureel staan die tegniese oplossing van isolasie in die struktuur van superkapasitors ook uit. In plaas van battery-aluminiumplate met 'n diëlektriese laag, word komponente met optimale eienskappe van ioniese en elektroniese geleidingsvermoë gebruik. As ons voortgaan met die konsep van die moontlike gebruik van 'n superkapasitor as 'n battery, dan kan poreuse koolstof goed as 'n elektroniese geleier optree, en 'n oplossing van swaelsuur kan as 'n ioniese geleier optree. Op hierdie manier kan 'n optimale ladingskeidingslaag tussen die elektrodes voorsien word sonder die bykomende insluiting van lywige isolators.

Variëteite van superkapasitor

Reeds vandag is daar verskeie rigtings in die ontwikkeling van ionistors. Die opvallendste en belowendste is die volgende soorte toestelle:

• Dubbellaagkapasitors. Die standaardmodel, wat die bogenoemde elektrodes van elektries geleidende materiaal gebruik, en 'n spesiale skeier word as elektroliet gebruik. Die ophoping van energiepotensiaal vind plaas as gevolg van ladingskeiding op die elektrodes.
• Pseudokapasitors. 'n Herlaaibare battery wat van hierdie tipe superkapasitor gemaak word, kan 'n baie suksesvolle oplossing wees, aangesien dit meer gevorderde maniere bied om energie te stoor. Eerstens word die beginsel van die Faraday-meganisme wat verband hou met die prosesse van energieophoping in konvensionele batterye geaktiveer. En tweedens word die basiese skema van elektrostatiese interaksie tussen elektrodes in 'n dubbel elektriese laag ook bewaar.
• Hibriede kapasitors. 'n Tussenkonsep wat die individuele positiewe kenmerke van batterye en kapasitors kombineer. Sulke toestelle gebruik tipies 'n kombinasie van elektrodes gemaak van gemengde oksiede en gedoteerde polimere. Verdere ontwikkeling van hierdie rigting word geassosieer met die gebruik van saamgestelde materiale aangevul met koolstofdraers en geleidende polimere.

Sleutelkenmerke

Vandag is dit moeilik om te praat oor die goed gevestigde prestasie-aanwysers van ionistors, wanttegnologie word voortdurend verbeter, en aangepas vir die verbetering van elektrochemiese stroombronne. Maar as ons die gemiddelde data oor die hoofkenmerke van superkapasitors neem, sal spesifieke aanwysers soos volg lyk:

• Laaityd - 1 tot 10 sekondes
• Die aantal laaisiklusse is ongeveer 1 miljoen, wat ooreenstem met 30 000 ure.
• Voltage in die bloksel - wissel van 2,3 tot 2,75 V.
• Energie-intensiteit - standaardwaarde 5 Wh/kg.
• Krag - ongeveer 10 000 W/kg.
• Duursaamheid – tot 15 jaar.
• Bedryfstemperatuur -40°C tot 65°C.

Vergelyking met konvensionele batterye

Die belangrikste onderskeidende parameters is die tempo van ophoping van energie en die mate van terugkeer van die elektriese lading. As gevolg van die gebruik van 'n dubbellaag elektriese potensiaal naby die superkapasitor met soortgelyke afmetings, neem die oppervlakte van die werkoppervlak van die elektrodes toe. Dit wil sê, ons kan praat oor die kombinasie van die beste eienskappe van die battery en die kapasitor as sodanig. As ons die verspreiding van die strome van die battery en die superkapasitor met die las vergelyk, dan sal die eenvormigheid van die volumes van die verbruikte stroom oor die algemeen identies wees, maar met twee regstellings. Tydens die werking van die battery is dit moontlik om die grootste stroom na die element in die onderste deel van die blok te verskuif, en in die geval van ionistors sal die potensiaal in beginsel minder wees as gevolg van die lae spanning. Beduidende verskille sluit ook die verskil in die werkende hulpbron in - superkapasitors dien ongeveer 25-30% langer in tyd, om nie te praat niehoër koers van uitvoerbare dienssiklusse.

Voordele van die bedryf van superkapasitors

As ons oor die algemeen die positiewe uitwerking van die gebruik van superkapasitors in plaas van batterye oorweeg, dan sal die volgende eienskappe na vore kom:

• Die hoë energiedigtheid van superkapasitors laat dit toe om in elektroniese toestelle as 'n korttermynkragbron gebruik te word.
• Omgewingsveiligheid. Natuurlik word elektrochemiese komponente steeds in die ontwerp behou, maar hul toksiese effekte neem voortdurend af.
• Moontlikheid om energie van hernubare bronne te gebruik - wind, son, water en land.
• Uitbreiding van geleenthede vir strukturele integrasie van batterye - byvoorbeeld vir instandhouding van komplekse kragsentrales, hibriede elektriese masjiene, waterstof-aangedrewe voertuie, ens.

Dit is die moeite werd om te let op sommige van die voordele van 'n superkapasitor in verhouding tot 'n konvensionele kapasitor. Daar is min van hulle, maar 'n groot kapasiteit vir energieberging is fundamenteel belangrik. Volgens hierdie aanwyser kan nie alle modifikasies van ionistors met batterye meeding nie, maar in vergelyking met kapasitors in die elektriese kapasiteit parameter, wen hulle met selfvertroue.

Positiewe resensies van superkapasitors

Toetsing en gedeeltelike toepassing van superkapasitors vind vandag in 'n verskeidenheid nywerhede plaas. Soos die resensies oor die werking van hierdie toestelle toon, bevestig dit die vervaardigers se stellings oor die hoëbetroubaarheid, omgewingsveiligheid en hoë kapasiteit. Wat veral belangrik is uit die oogpunt van vergelyking van superkapasitors en batterye, eersgenoemde is nie so veeleisend om spesiale toestande tydens fisiese hantering te skep nie. Dit is deels te danke aan dieselfde lae toksisiteit van die komponente, maar in 'n groter mate is die ergonomie van die werking te danke aan die hoë mate van beskerming van die omhulsel. Dit wil sê, die gebruiker hoef nie spesiale toestelle vir die instandhouding van superkapasitors in verseëlde toestande te verskaf nie. Die lae gewig en geoptimaliseerde afmetings maak dit ook makliker om roetine-instandhoudingsoperasies uit te voer.

Negatiewe resensies van superkapasitors

Daar is ook swakhede in hierdie soort kapasitors, wat ook duidelik in die praktyk gemanifesteer word. Gebruikers wys veral op hul lae energiedigtheid, lae werkverrigting en nie altyd voldoende spanningsvlak nie, wat dit nodig maak om verskeie elemente te gebruik om een teikenverbruikerseenheid te bedien. Op baie maniere verhoed hierdie tekortkominge die gebruik van superkapasitors in plaas van batterye vandag, hoewel tegnologiese ontwikkeling meer geneig is om hierdie probleme op te los.

Vooruitsigte vir die ontwikkeling van kapasitors

Volgens kenners en ontwikkelaars van batterye sal nuwe generasie kapasitors in die nabye toekoms oral gebruik word. Dit sal moontlik word as gevolg van die aktiewe toename in die spesifieke kapasiteit van toestelle. Dit is die moeite werdvoeg en verbeter die tegniese en strukturele eienskappe van superkapasitors, wat hoofsaaklik afmetings en gewig betref. Terselfdertyd word toetse van ionistors met 'n krag van tot 2,5 mW reeds vandag gereël. Sulke stelsels kan in die toekoms gebruik word in die instandhouding van vervoernetwerke, industriële fasiliteite en residensiële komplekse.

Gevolgtrekking

Die superkapasitor-konsep word beskou as die optimale oplossing in situasies waar daar 'n korttermyn behoefte aan kragtoevoer met lewendige lading is. Dit is deels 'n teenstrydigheid met die idee van elektrochemiese batterye, wat gefokus is op langtermyn-instandhouding van krag met sekere parameters. Maar is dit moontlik om 'n superkapasitor in plaas van 'n battery in 'n motor te gebruik, gegewe hierdie operasionele kenmerk? Met 'n hoë mate van waarskynlikheid sal gevorderde motorondernemings hoëkapasiteit-kapasitors gebruik, maar slegs in spesiale hibriede weergawes wat die positiewe eienskappe van superkapasitors as sodanig en tradisionele elektrochemiese komponente kombineer. Sulke oplossings word byvoorbeeld vandag gebruik in die vorm van 'n kombinasie van 'n elektrochemiese loodsuurstruktuur en 'n superkapasitor.