24 V:n kondensaattorit säästävät energiaa. Superkondensaattorit moottoreiden käynnistämiseen. Junaverkon jännitteen stabilointi suurilla kuormituksilla

Superkondensaattoreita voidaan kutsua viime vuosien kirkkaimmaksi kehitykseksi. Verrattuna perinteisiin kondensaattoreihin, ne, joilla on samat mitat, eroavat kolmella suuruusluokalla suuremmalla kapasiteetilla. Tätä varten kondensaattorit saivat etuliitteensä - "super". Lyhyessä ajassa ne voivat luovuttaa valtavan määrän energiaa.

Niitä valmistetaan eri kokoisina ja muotoisina: hyvin pienistä, jotka on kiinnitetty laitteiden pintaan, enintään kolikon kokoisia, erittäin suuriin lieriömäisiin ja prismamaisiin laitteisiin. Niiden päätarkoitus on kopioida päälähde (akku) jännitteen putoamisen sattuessa.

Energiaintensiiviset modernit elektroniikka- ja sähköjärjestelmät asettavat korkeat vaatimukset teholähteille. Uusien laitteiden (digitaalikameroista elektronisiin kannettaviin laitteisiin ja sähköajoneuvojen voimansiirtoihin) on kerättävä ja toimitettava tarvittava energia.

Nykyaikaiset kehittäjät ratkaisevat tämän ongelman kahdella tavalla:

• Käyttämällä akkua, joka pystyy tuottamaan korkean virtapulssin
• Kytkemällä rinnan akun kanssa superkondensaattorien vakuutukseksi, ts. hybridi ratkaisu.

Jälkimmäisessä tapauksessa superkondensaattori toimii virtalähteenä, kun akun jännite laskee. Tämä johtuu siitä, että akuilla on korkea energiatiheys ja alhainen tehotiheys, kun taas superkondensaattoreille päinvastoin on ominaista alhainen energiatiheys, mutta korkea tehotiheys, ts. ne tarjoavat purkausvirran kuormaan. Kytkemällä superkondensaattorin rinnan akun kanssa voit käyttää sitä tehokkaammin, mikä pidentää käyttöikää.

Missä superkondensaattoreita käytetään?

Video: Superkondensaattoritesti 116.6F 15V (6 * 700F 2.5V), käynnistysakun sijaan autossa

Autojen elektronisissa järjestelmissä niitä käytetään moottoreiden käynnistämiseen. vähentäen siten akun kuormitusta. Niiden avulla voit myös vähentää painoa vähentämällä kytkentäkaavioita. Niitä käytetään laajalti hybridiautoissa, joissa polttomoottori ohjaa generaattoria ja sähkömoottori (tai moottorit) ohjaa autoa, ts. superkondensaattoria (energiavälimuistia) käytetään virtalähteenä kiihdytyksen ja liikkeen alkamisen aikana, ja jarrutuksen aikana se "latautuu". Niiden käyttö on lupaavaa paitsi henkilöautoissa myös kaupunkiliikenteessä, koska uudentyyppiset kondensaattorit voivat vähentää polttoaineen kulutusta 50 % ja haitallisten kaasujen päästöjä ympäristöön 90 %.

En voi vielä täysin vaihtaa superkondensaattoriakkua, mutta se on vain ajan kysymys. Superkondensaattorin käyttö akun sijaan ei ole fantasiaa ollenkaan. Jos QUT-yliopiston tutkijat - nanoteknologit seuraavat oikeaa tietä, niin siitä tulee lähitulevaisuudessa todellisuutta. Runkopaneelit, joiden sisällä ovat uusimman sukupolven superkondensaattorit, voivat toimia paristoina. Tämän yliopiston työntekijät onnistuivat yhdistämään litiumioniakkujen ja superkondensaattorien edut uudessa laitteessa. Uusi ohut, kevyt ja tehokas superkondensaattori koostuu hiilielektrodeista, joiden välissä on elektrolyytti. Tiedemiesten mukaan uutuus voidaan asentaa mihin tahansa kehoon.

Parantaakseen suuren vääntömomentin (käynnistys), käynnistysominaisuuksia alhaisissa lämpötiloissa ja laajentaakseen voimajärjestelmän ominaisuuksia, he voivat tehdä sen heti. Niiden käytön tarkoituksenmukaisuus sähköjärjestelmässä selittyy sillä, että niiden lataus-/purkausaika on 5-60 sekuntia. Lisäksi niitä voidaan käyttää joidenkin konelaitteiden jakelujärjestelmässä: solenoidit, ovilukkojen säätöjärjestelmät ja ikkunalasien asento.

DIY superkondensaattori

Voit tehdä superkondensaattorin omin käsin. Koska sen rakenne koostuu elektrolyytistä ja elektrodeista, sinun on päätettävä niiden materiaalista. Kupari, ruostumaton teräs tai messinki sopivat hyvin elektrodeiksi. Voit ottaa esimerkiksi viiden kopeikka vanhoja kolikoita. Tarvitset myös puuhiilijauhetta (voit ostaa aktiivihiiltä apteekista ja jauhaa sen). Tavallinen vesi "sopii" elektrolyytiksi, johon pitää liuottaa ruokasuolaa (100:25). Laasti sekoitetaan puuhiilijauheen kanssa kittimäiseksi koostumukseksi. Nyt sen muutaman millimetrin kerros on levitettävä molemmille elektrodeille.

On vielä valittava elektrodit erottava tiiviste, jonka huokosten läpi elektrolyytti kulkee vapaasti, mutta hiilijauhe viipyy. Näihin tarkoituksiin soveltuu lasikuitu tai vaahtokumi.

Elektrodit - 1,5; hiili-elektrolyyttipinnoite - 2,4; tiiviste - 3.

Kotelona voit käyttää muovilaatikkoa, johon on aiemmin porattu reiät elektrodeihin juotetuille johtimille. Kun johdot on liitetty akkuun, odotamme, kunnes "ionix"-malli on latautunut, koska se on nimetty siksi, että elektrodeihin tulisi muodostua erilaisia ​​ionipitoisuuksia. Lataus on helpompi tarkistaa volttimittarilla.

On muitakin tapoja. Esimerkiksi peltipaperilla (teräsfolio - suklaakääre), tinapapereita ja vahapaperia, jotka voit tehdä itse leikkaamalla ja upottamalla pehmopaperisuikaleita sulaan, mutta ei kiehuvaan parafiiniin pari minuutiksi. Nauhojen leveyden tulee olla viisikymmentä millimetriä ja pituuden kahdestasadasta kolmeen sataan millimetriin. Kun nauhat on poistettu parafiinista, parafiini on raaputtava pois veitsen tylppällä puolella.

Parafiinilla kyllästetty paperi taitetaan haitariksi (kuten kuvassa). Molemmilla puolilla teräslevyjä työnnetään rakoihin, jotka vastaavat kokoa 45x30 millimetriä. Kun työkappale on näin valmistettu, se taitetaan ja silitetään sitten lämpimällä raudalla. Loput rungon päät liitetään toisiinsa ulkopuolelta. Tätä varten voidaan käyttää pahvilevyjä ja messinkilevyjä tinaliittimillä, joihin myöhemmin juotetaan johtimet, jotta kondensaattori voidaan juottaa asennuksen yhteydessä.

Kondensaattorin kapasitanssi riippuu teräslevyjen lukumäärästä. Se on esimerkiksi tuhat pikofaradia käytettäessä kymmentä tällaista arkkia ja kaksi tuhatta, jos niiden määrä kaksinkertaistuu. Tämä tekniikka soveltuu enintään viiden tuhannen pikofaradin kapasiteetin kondensaattorien valmistukseen.

Jos tarvitaan suurta kapasitanssia, tarvitaan vanha mikrofarad-paperikondensaattori, joka on teippirulla, joka koostuu vahatusta paperista, jonka väliin asetetaan teräsfolionauha.

Nauhojen pituuden määrittämiseksi käytä kaavaa:

l \u003d 0,014 C / a, jossa vaaditun kondensaattorin kapasitanssi pF:ssä on C; raidan leveys cm - a: pituus cm - 1.

Kun vanhasta kondensaattorista on kelattu tarvittavan pituiset nauhat, ne katkaisivat 10 mm kalvon joka puolelta, jotta kondensaattorilevyt eivät liity toisiinsa.

Taaskin teippi on rullattava, mutta ensin juottamalla kierretyt johdot jokaiseen folionauhaan. Ylhäältä rakenne liimataan paksulla paperilla ja paperin ulkoneviin reunoihin suljetaan kaksi kiinnityslankaa (jäykkä), joihin kondensaattorin johdot juotetaan paperiholkin sisäpuolelta (ks. kuva ). Viimeinen vaihe on täyttää rakenne parafiinilla.

Hiilisuperkondensaattorien edut

Koska sähköajoneuvojen kulkua ympäri planeettaa nykyään ei voida sivuuttaa, tutkijat työskentelevät ongelman parissa, joka liittyy sen nopeimpaan lataukseen. Ideoita on monia, mutta vain harvat toteutuvat. Esimerkiksi Kiinassa Ningbon kaupungissa on käynnistetty epätavallinen kaupunkiliikennereitti. Siinä ajava bussi saa voimansa sähkömoottorista, mutta sen lataaminen kestää vain kymmenen sekuntia. Sillä hän ylittää viisi kilometriä ja onnistuu jälleen latautumaan matkustajien poistumisen / laskeutumisen aikana.

Tämä tuli mahdolliseksi uudentyyppisten kondensaattoreiden - hiilen - käytön ansiosta.

Hiilikondensaattorit kestää noin miljoona latausjaksoa, toimii täydellisesti lämpötila-alueella miinus 40 - plus kuusikymmentäviisi astetta. Jopa 80 % energiasta palautetaan palautumisen aikana.

He aloittivat uuden aikakauden virranhallinnassa, lyhentäen purkamis- ja latausajan nanosekunteihin ja vähentämällä auton painoa. Näihin etuihin voit lisätä alhaiset kustannukset, koska valmistuksessa ei käytetä harvinaisia ​​maametalleja ja ympäristöystävällisyyttä.

Onko mahdollista käyttää ajoneuvoissa kondensaattoreita hassujen, lyhytikäisten ja huoltoa vaativien akkujen sijaan? Osoittautuu, että se on mahdollista, ja akun edessä olevan kondensaattorin edut riittävät akkujen luopumiseen, ja jos ei kokonaan, niin ainakin täydentämään akun kapasiteettia, joka on kylmässä huomattavasti heikentynyt, kapasiteetilla. kondensaattorista. Puhumme tässä artikkelissa molempien sähkölähteiden eduista ja haitoista.

Vielä muutama vuosi sitten yhtä tai kahta farad-kondensaattoria pidettiin eksoottisina ja niitä esitettiin vain varakkaiden musiikin ystävien näyttelyissä. Nyt näitä kondensaattoreita voi ostaa mistä tahansa autoakustiikan kioskista, ja suurempiakin kondensaattoreita ei ole vaikea löytää erikoisliikkeistä, jotka myyvät raskaita Hi-Fi-äänijärjestelmiä (musiikkia autossa tai moottoripyörässä).

Ja erityisen iloiseksi ilahduttaa se, että tällä hetkellä Venäjän teollisuus, joka on vielä useita vuosia edellä sekä itä- että länsimaisia ​​valmistajia, on hallinnut uusimman tyyppisten superkondensaattorien pientuotannon, joiden kapasiteetti on kymmeniä tuhansia. faradeista!

Vähän teoriaa.

Kuten tiedät, kondensaattori koostuu erillisistä varauksista - positiivisista, toisella levyelektrodilla ja negatiivisista varauksista toisella. Menemättä sen enempää yksityiskohtiin, totean vain, että energia (kapasiteetti), jonka kondensaattori pystyy ottamaan, riippuu suoraan elektrodilevyjen pinta-alasta sekä niiden välisestä etäisyydestä. Ja mitä suurempi tämä alue ja mitä pienempi on levyjen välinen etäisyys, sitä edullisempi on suuremman varauksen kerääntyminen.

Tästä seuraa, että lisäämällä ensimmäistä ehtoa ja vähentämällä toista, tässä asiassa voidaan saavuttaa menestystä. Mutta se on niin yksinkertaista. Ja miten se on todellisuudessa? Uusimmissa kondensaattoreissa negatiivisen elektrodin valmistukseen on käytetty hiilihuokoista materiaalia, ja siinä se hauskuus on. Tämän materiaalin ansiosta näennäisesti tavallisella litteällä levyllä, sen huokoisen rakenteen ansiosta, näyttää olevan toinen ulottuvuus (levyjen pinta-ala kasvaa). Tästä johtuen maksujen kertymäalue kasvaa merkittävästi!

Olemme saavuttaneet lisäyksen levyjen pinta-alaan, jää työskennellä etäisyyden kanssa. Uusimpien superkondensaattorien uusi nimi on sähköiset kaksikerroksiset kondensaattorit. Niiden erikoisuus on, että sähkö kerääntyy erityiselle alueelle, eli elektrolyytin ja kiinteän aineen rajapinnalle. Tästä johtuen negatiivisten ja positiivisten varausten sijaintialueen välinen etäisyys pienenee huomattavasti, jopa 2-3 suuruusluokkaa!

Kaiken edellä mainitun perusteella voimme vihdoin sanoa, että näiden supertankkien on aika ottaa paikkansa auton konepellin alle, mutta missä kapasiteetissa? Vaihtoehtoja on useita, mutta harkitse realistisimpia.

Kondensaattorin käyttö moottorin pääsähkönlähteenä (sähköveto).

Sähköbussi Luzhok kulkee melko nopeasti. Bensiinin sisälämmittimestä tuleva savu näkyy alhaalta.

Viime aikoina kukaan ei ole ottanut sähköautojen akkuja vakavasti. Mutta sähköautot alkavat jo tulvimaan maailmaa, esimerkiksi Lontoossa toimii jo sähkötaksi. Tämä tarkoittaa, että kondensaattorien polku on erittäin selkeä, varsinkin jos otat huomioon niiden edut akkuun nähden, mutta eduista hieman myöhemmin. Sanon vain, että "elävä" esimerkki, joka toimii sähköllä vetokondensaattoreista, näkyy vasemmalla olevassa kuvassa. Tämä on ympäristöystävällinen bussi, tarkemmin sanottuna Luzhok-niminen sähköbussi, jota valmistetaan pieninä sarjoina Moskovan lähellä sijaitsevassa Troitskin kaupungissa (Esman tehtaalla). Vain täällä sisätilojen lämmittämiseksi kylmällä säällä sinun on käynnistettävä liesi, joka toimii bensiinillä, mutta tämä, kuten sanotaan, on vähäistä.

Sähköbussilla kuljetetaan turisteja lyhyitä matkoja (jopa 10 km), esimerkiksi puistojen ja luonnonsuojelualueiden läpi, joihin sovelletaan tiukkoja ympäristörajoituksia. Luzhok tekee ensimmäiset kaupalliset lentonsa Moskovan All-Russian Exhibition Centerin alueen läpi. Yksi kondensaattorin lataus riittää jonnekin 8-10 km: lle. Sitten 10-15 minuuttia latausta ja taas tien päällä (akkuja pitäisi ladata vähintään 20 tuntia). Esimerkiksi, jos menet töihin, joka pikkukaupungeissa voi olla vain 5 - 10 km:n säteellä, niin tällainen auto olisi eniten, varsinkin jokapäiväisille matkoille. Loppujen lopuksi kondensaattoreiden lataus- ja purkujakso, toisin kuin akussa, on melkein loputon. Lisäksi auto ei ole yhtä raskas kuin linja-auto, mikä tarkoittaa, että kilometrimäärä latausta kohti voi kasvaa.

Linja-autojen lisäksi yhtiö valmistaa muutamia gaselleja, useita kuormaajia ja sähköauton tavaran kuljettamiseen tehtaan ympäri. Suurin ero kaiken tämän kondensaattoritekniikan ja akkutekniikan välillä on, että sitä voidaan käyttää ympäri vuorokauden, koska niiden lataaminen kestää muutaman minuutin. Ja vaikka ne myös purkautuvat nopeasti, kondensaattorien käyttöikä ylittää akkujen käyttöiän kymmenen kertaa.

Kondensaattorin käyttö akun apuvälineenä käynnistettäessä kylmällä säällä.

Uuden tyyppisten kondensaattoreiden käyttö koneissa vetovoimana on tietysti hyödyllistä ja mielenkiintoista, mutta ei kaikkein oleellisin. On paljon hyödyllisempää käyttää niitä lyhytaikaisena suuren kapasiteetin sähkövoimana ja ennen kaikkea auton moottorin käynnistämiseen. Tätä käyttävät jo sotavarusteinsinöörit, ja armeijan varusteille tehdään jatkuvasti testejä ja parannuksia. Esimerkiksi kaksi isoa 190 ampeeritunnin akkua miinus 45 asteen pakkasessa pystyvät tekemään Kamaz-käynnistimestä (ja vastaavasti jäätyneestä Kamaz-moottorista) vain yhden viidentoista sekunnin rullauksen. Mutta jos kytket rinnakkain kondensaattorin, jonka kapasiteetti on vain 0,18 kF, Kamaz-moottorin käynnistin tekee jo useita tällaisia ​​kylmärullia! Ero on ilmeinen, tämä on erityisen hyödyllistä Kauko-Pohjolassa käytettäville laitteille, esimerkiksi sotilas- ja rakennustarvikkeille.

Tietenkin kuljettajille, jotka asuvat lämpimämmässä ilmastossa, kylmää pelkäämättömien kondensaattorien edut eivät ole niin hyödyllisiä. Mutta pääasia on eri. Kondensaattorit eivät ole vaarallisia suurelle virrantiheydelle, ja ne kestävät valtavan määrän lataus-purkausjaksoja eivätkä edes vaadi huoltoa ollenkaan. Mutta tärkeintä on, että kondensaattori kaksinkertaistaa akun käyttöiän. Loppujen lopuksi, kun akkua on vain yksi (varsinkaan ei uusi), se katsotaan käyttökelvottomaksi, jos se alkaa kestää huonosti käynnistystehtäviä, etenkin kylmällä säällä. Mutta yhdistettynä rinnakkain kytkettyyn kondensaattoriin, vanha akku toimii niin kauan kuin se pystyy lataamaan sen. Ja kuten sanoin, akku muuttuu pitkämaksaiseksi.

Lisäksi kollegakondensaattorin kanssa autosi tai moottoripyöräsi akun kapasiteetti voidaan puolittaa. Henkilöautolle, jonka moottori on 1,5 - 1,8 kuutiota, 25 Ah riittää ja kuorma-autolle vain 60 Ah. Eikä enää voi käyttää käynnistysakkua, joka on suunniteltu suurille virroille, vaan tavallista, jolla on yleensä 2-3 kertaa pidempi käyttöikä. Tämän seurauksena akun ja kondensaattorin yhdistelmä pidentää merkittävästi tämän parin käyttöikää. Ja jotta autonsa akkua ei vaihdettaisi 15 vuoteen, monet ihmiset haaveilevat tästä, ja tähän mennessä ihmiset yleensä vaihtavat auton uudempaan. Joten käy ilmi, että tällainen pari (akku ja kondensaattori) riittää koneen koko käyttöiän ajan. Mutta mikä tärkeintä, kuljettajat unohtavat vaikean käynnistyksen kylmässä, ja sellaiset sanat "veli, anna minulle valo, en voi käynnistää" voidaan unohtaa (miten sytytät tupakan turvallisesti jonkun muun autosta).

Mitä voidaan sanoa lopuksi. Uuden sukupolven superkondensaattoreita valmistetaan edelleen pienissä erissä, ne maksavat kaksi kertaa tavallista akkua kalliimmaksi, eivätkä luultavasti löydä ostajiaan lähiaikoina, ainakaan meidän kotimaiset. Harvat kondensaattorit menevät ulkomaisille kuluttajille, mutta tämä ei ole paljon tukea teollisuudellemme. Mutta jos halutaan ja normaalit sponsorit mainontaan ja halvemman massatuotannon kehittämiseen, tämä yritys voidaan perustaa normaalisti. Kaikki on mahdollista. Kukaan ei kuitenkaan halunnut ostaa kalliita uuden sukupolven akkuja tuotantonsa alussa. Ja nyt sähköautojen valmistajat ostavat niitä tonneittain, ja tämä on vasta alkua. Uskon, että uusilla kondensaattoreilla on pian suuri kysyntä, ja jos ne eivät korvaa paristoja kokonaan, niistä tulee luotettavia avustajia. Odota niin näet. Onnea kaikille!

Ihmiset käyttivät ensin kondensaattoreita sähkön varastointiin. Sitten, kun sähkötekniikka ylitti laboratoriokokeet, keksittiin paristot, joista tuli tärkein keino sähköenergian varastointiin. Mutta 2000-luvun alussa ehdotetaan jälleen kondensaattoreiden käyttöä sähkölaitteiden tehostamiseksi. Kuinka mahdollista tämä on ja tuleeko akuista vihdoinkin menneisyyttä?

Syy siihen, miksi kondensaattorit syrjäytettiin akuilla, johtui paljon suuremmista sähkömääristä, joita ne pystyvät varastoimaan. Toinen syy on se, että purkautumisen aikana akun lähdössä oleva jännite muuttuu hyvin vähän, joten jännitteensäädintä joko ei tarvita tai se voi olla hyvin yksinkertainen.

Suurin ero kondensaattoreiden ja akkujen välillä on, että kondensaattorit varastoivat suoraan sähkövarauksen, kun taas akut muuttavat sähköenergian kemialliseksi energiaksi, varastoivat sen ja muuntavat sitten kemiallisen energian takaisin sähköenergiaksi.

Kun energiaa muutetaan, osa siitä häviää. Siksi jopa parhaiden akkujen hyötysuhde on enintään 90%, kun taas kondensaattoreissa se voi olla 99%. Kemiallisten reaktioiden voimakkuus riippuu lämpötilasta, joten akut toimivat huomattavasti huonommin kylmällä säällä kuin huoneenlämmössä. Lisäksi akkujen kemialliset reaktiot eivät ole täysin palautuvia. Tästä johtuen lataus-purkausjaksojen pieni määrä (muutaman tuhannen luokkaa, useimmiten akun käyttöikä on noin 1000 lataus-purkausjaksoa) sekä "muistiefekti". Muista, että "muistiefekti" on se, että akku on aina purettava tiettyyn määrään kertynyttä energiaa, niin sen kapasiteetti on suurin. Jos siinä on purkamisen jälkeen enemmän energiaa jäljellä, akun kapasiteetti pienenee vähitellen. "Muistivaikutus" on ominaista melkein kaikille kaupallisesti saataville akkutyypeille, paitsi happamille (mukaan lukien niiden lajikkeet - geeli ja AGM). Vaikka on yleisesti hyväksyttyä, että se ei ole ominaista litiumioni- ja litiumpolymeeriakuille, itse asiassa heilläkin on se, se yksinkertaisesti ilmenee vähemmän kuin muissa tyypeissä. Mitä tulee happoakkuihin, niissä ilmenee levyjen sulfatoitumisen vaikutus, mikä aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita virtalähteelle. Yksi syy on akun pitkäaikainen pysyminen alle 50 prosentin lataustilassa.

Vaihtoehtoisen energian osalta "muistiefekti" ja levysulfaatio ovat vakavia ongelmia. Tosiasia on, että energian saantia aurinkopaneeleista ja tuulimyllyistä on vaikea ennustaa. Tämän seurauksena akkujen lataus ja purkautuminen tapahtuvat kaoottisesti, ei-optimaalisessa tilassa.

Nykyaikaisen elämänrytmin kannalta on täysin mahdotonta hyväksyä, että akkuja on ladattava useita tunteja. Miten esimerkiksi kuvittelet ajavasi sähköautolla pitkiä matkoja, jos tyhjä akku pitää sinut useita tunteja latauspisteessä? Akun latausnopeutta rajoittaa siinä tapahtuvien kemiallisten prosessien nopeus. Voit lyhentää latausaikaa 1 tuntiin, mutta ei useisiin minuutteihin. Samaan aikaan kondensaattorin latausnopeutta rajoittaa vain latauslaitteen maksimivirta.

Akkujen luetellut haitat tekivät sen sijaan tarpeelliseksi käyttää kondensaattoreita.

Käyttämällä sähköistä kaksoiskerrosta

Monien vuosikymmenten ajan elektrolyyttikondensaattoreiden kapasitanssi on ollut suurin. Niissä toinen levyistä oli metallikalvoa, toinen elektrolyyttiä ja levyjen välinen eriste oli metallioksidia, joka peitti kalvon. Elektrolyyttikondensaattorien kapasitanssi voi saavuttaa sadasosat faradista, mikä ei riitä akun vaihtamiseen kokonaan.

Suuri kapasitanssi, joka mitataan tuhansissa faradeissa, mahdollistaa kondensaattoreiden hankinnan, jotka perustuvat ns. kaksoissähkökerrokseen. Heidän työnsä periaate on seuraava. Kaksinkertainen sähkökerros syntyy tietyissä olosuhteissa kiinteän ja nestemäisen faasin aineiden rajalle. Muodostuu kaksi ionikerrosta, joiden varaukset ovat vastakkaisia, mutta suuruusluokkaa. Jos yksinkertaistamme tilannetta suuresti, muodostuu kondensaattori, jonka "levyt" ovat ilmoitetut ionikerrokset, joiden välinen etäisyys on yhtä suuri kuin useita atomeja.

Tähän vaikutukseen perustuvia kondensaattoreita kutsutaan joskus ionistoreiksi. Itse asiassa tämä termi ei koske vain kondensaattoreita, joihin sähkövaraus on tallennettu, vaan myös muille sähkön varastointilaitteille - joissa sähköenergia muunnetaan osittain kemialliseksi energiaksi sekä sähkövarauksen säilyminen (hybridi-ionistori), sekä sähköisiin kaksikerroksisiin akkuihin (ns. pseudokondensaattorit). Siksi termi "superkondensaattorit" on sopivampi. Joskus sen sijaan käytetään identtistä termiä "ultrakondensaattori".

Tekninen toteutus

Superkondensaattori koostuu kahdesta aktiivihiililevystä, jotka on täytetty elektrolyytillä. Niiden välissä on kalvo, joka päästää elektrolyytin läpi, mutta estää aktiivihiilihiukkasten fyysisen liikkumisen levyjen välillä.

On huomattava, että superkondensaattoreilla itsessään ei ole napaisuutta. Tässä ne eroavat olennaisesti elektrolyyttikondensaattoreista, joille yleensä on ominaista napaisuus, jonka noudattamatta jättäminen johtaa kondensaattorin vikaantumiseen. Napaisuutta sovelletaan kuitenkin myös superkondensaattoreihin. Tämä johtuu siitä, että superkondensaattorit lähtevät tehtaan kokoonpanolinjalta jo ladattuina, merkintä tarkoittaa tämän varauksen napaisuutta.

Superkondensaattorien parametrit

Kirjoitushetkellä saavutettu yksittäisen superkondensaattorin maksimikapasitanssi on 12 000 F. Massatuotettujen superkondensaattorien osalta se ei ylitä 3 000 F. Suurin sallittu jännite levyjen välillä ei ylitä 10 V. Massatuotetuille superkondensaattorille , tämä indikaattori on pääsääntöisesti välillä 2, 3 - 2,7 V. Matala käyttöjännite edellyttää stabilointitoiminnolla varustetun jännitteenmuuntimen käyttöä. Tosiasia on, että purkauksen aikana kondensaattorilevyjen jännite vaihtelee laajalla alueella. Jännitteenmuuntimen rakentaminen kuorman ja laturin yhdistämiseksi ei ole triviaali tehtävä. Oletetaan, että sinun on syötettävä kuormaa 60 W teholla.

Asian käsittelyn yksinkertaistamiseksi jätämme huomiotta jännitteenmuuntimen ja stabilisaattorin häviöt. Jos työskentelet tavanomaisella akulla, jonka jännite on 12 V, ohjauselektroniikan on kestettävä 5 A virta. Tällaiset elektroniset laitteet ovat yleisiä ja edullisia. Mutta täysin erilainen tilanne kehittyy käytettäessä superkondensaattoria, jonka jännite on 2,5 V. Silloin muuntimen elektronisten komponenttien läpi kulkeva virta voi nousta 24 A:iin, mikä vaatii uusia lähestymistapoja piiriin ja nykyaikaista elementtipohjaa. Muuntimen ja stabilisaattorin rakenteen monimutkaisuus voi selittää sen, että superkondensaattorit, joiden sarjatuotanto aloitettiin jo 1900-luvun 70-luvulla, ovat vasta nyt yleistyneet eri aloilla.

Superkondensaattorit voidaan kytkeä akkuihin sarja- tai rinnakkaisliitännällä. Ensimmäisessä tapauksessa suurin sallittu jännite kasvaa. Toisessa tapauksessa - kapasiteetti. Suurimman sallitun jännitteen lisääminen tällä tavalla on yksi tapa ratkaista ongelma, mutta joudut maksamaan siitä kapasitanssin laskulla.

Superkondensaattorien mitat riippuvat luonnollisesti niiden kapasitanssista. Tyypillinen 3000 F superkondensaattori on sylinteri, jonka halkaisija on noin 5 cm ja pituus 14 cm. 10 F:lla superkondensaattori on suunnilleen ihmisen kynnen kokoinen.

Hyvät superkondensaattorit pystyvät kestämään satoja tuhansia lataus-purkaussyklejä, ylittäen akut tässä parametrissa noin 100 kertaa. Mutta kuten elektrolyyttikondensaattorit, superkondensaattorit kohtaavat ikääntymisongelman, joka johtuu elektrolyytin asteittaisesta vuotamisesta. Toistaiseksi ei ole kertynyt täydellistä tilastoa superkondensaattorien vioista tästä syystä, mutta epäsuorien tietojen mukaan superkondensaattorien käyttöiän voidaan arvioida olevan noin 15 vuotta.

Varastoitu energia

Kondensaattoriin varastoidun energian määrä jouleina:

jossa C on kapasitanssi, joka ilmaistaan ​​faradeina, U on levyjen jännite voltteina.

Kondensaattoriin varastoidun energian määrä kWh:na ilmaistuna on:

Näin ollen kondensaattori, jonka kapasiteetti on 3000 F ja jonka jännite levyjen välillä on 2,5 V, pystyy varastoimaan vain 0,0026 kWh. Miten tämä voidaan korreloida esimerkiksi litiumioniakun kanssa? Jos sen lähtöjännite on purkausasteesta riippumaton ja yhtä suuri kuin 3,6 V, niin energiamäärä 0,0026 kWh varastoidaan litiumioniakulle, jonka kapasiteetti on 0,72 Ah. Valitettavasti erittäin vaatimaton tulos.

Superkondensaattorien käyttö

Hätävalaistusjärjestelmissä superkondensaattorien käytöllä paristojen sijasta on suuri ero. Itse asiassa epätasainen purkaus on ominaista tälle sovellukselle. Lisäksi on toivottavaa, että hätävalaisin latautuu nopeasti ja että siinä käytettävä varavirtalähde on luotettavampi. Superkondensaattorin varavirtalähde voidaan integroida suoraan T8 LED-lamppuun. Useat kiinalaiset yritykset valmistavat jo tällaisia ​​lamppuja.

Kuten jo todettiin, superkondensaattorien kehittäminen liittyy suurelta osin kiinnostukseen vaihtoehtoisia energialähteitä kohtaan. Käytännön käyttö rajoittuu kuitenkin LED-lamppuihin, jotka saavat energiaa auringosta.

Sellainen suunta kuin superkondensaattorien käyttö sähkölaitteiden käynnistämiseen kehittyy aktiivisesti.

Superkondensaattorit pystyvät toimittamaan suuria määriä energiaa lyhyessä ajassa. Syöttämällä sähkölaitteita käynnistyksen yhteydessä superkondensaattorilla voit vähentää sähköverkon huippukuormitusta ja lopulta vähentää käynnistysvirtojen ylätilaa, mikä säästää valtavia kustannussäästöjä.

Yhdistämällä useita superkondensaattoreita akkuun saadaan kapasiteetti, joka on verrattavissa sähköajoneuvoissa käytettäviin akkuihin. Mutta tämä akku painaa useita kertoja enemmän kuin akku, mikä ei ole hyväksyttävää ajoneuvoille. Ongelma voidaan ratkaista käyttämällä grafeenipohjaisia ​​superkondensaattoreita, mutta toistaiseksi niitä on olemassa vain prototyyppeinä. Kuuluisan "Yo-mobilen" lupaava versio, joka toimii vain sähköllä, käyttää kuitenkin uuden sukupolven superkondensaattoreita, joita venäläiset tutkijat kehittävät, virtalähteenä.

Superkondensaattorit antavat voittoa myös akkujen vaihdossa perinteisissä bensiini- tai dieselautoissa – niiden käyttö tällaisissa ajoneuvoissa on jo todellisuutta.

Toistaiseksi menestyneimpinä toteutetuista superkondensaattorien käyttöönottoprojekteista voidaan pitää uusia venäläisiä johdinbusseja, jotka ovat äskettäin tulleet Moskovan kaduille. Kun jännitteen syöttö kontaktiverkkoon katkeaa tai virrankeräimet "lentää pois", johdinbussi voi ajaa pienellä (noin 15 km/h) usean sadan metrin nopeudella paikkaan, jossa se ei häiritse liikennettä. tie. Tällaisten liikkeiden energialähde hänelle on superkondensaattoriakku.

Yleisesti ottaen superkondensaattorit voivat syrjäyttää akkuja vain tietyissä "rakoissa". Mutta teknologiat kehittyvät nopeasti, mikä antaa meille mahdollisuuden odottaa, että lähitulevaisuudessa superkondensaattorien laajuus laajenee merkittävästi.

Aleksei Vasiliev

Superkondensaattori on suunniteltu asennettavaksi erityyppisiin autoihin, se on moderni lähde pulssienergian keräämiseen ja ulostuloon oikeaan aikaan. Tätä energiaa voidaan käyttää sekä moottorin käynnistämiseen tyhjällä tai jäätyneellä akulla että auton sisäverkon jännitteen vakauttamiseen.

Titan-moduulit mahdollistavat:

• antamaan tarvittava jännite moottorin käynnistämiseksi matalissa lämpötiloissa (jopa -40 ° C);
• käynnistä polttomoottori tyhjentyneellä akulla, joka ei pysty antamaan käynnistysvirtaa, mutta jolla on tarpeeksi energiaa superkondensaattorimoduulin lataamiseen;
• käynnistä moottori jäätyneestä tai tyhjentyneestä akusta esilämmittimellä;
• antaa oikea määrä pulssienergiaa junaverkon vakaalle toiminnalle raskaiden kuormien alla;
• lisää toiminnan luotettavuutta, vähentää ajoneuvon sähköverkon osien epäonnistumisen riskiä ylikuormituksen vuoksi;
• lisää akun käyttöikää 2-4 kertaa.

Junaverkon jännitteen stabilointi suurilla kuormituksilla

Moduuli on kytketty rinnan vakioakun kanssa. Tämäntyyppinen liitäntä edellyttää normaaliakun hyvää kuntoa. Sitä käytetään junaverkon jännitteen stabilointiin.

Superkondensaattori auttaa laitteiden toiminnassa, jotka kuluttavat suuren määrän energiaa lyhyessä ajassa. Tällaisia ​​kuormia esiintyy esimerkiksi vakavien audiojärjestelmien tai maastoajoneuvon vinssin käytön aikana. Tällaiset iskukuormat vaurioittavat akkua. Pienemmän sisäisen resistanssin ja pulssikuorman ottamisen ansiosta superkondensaattori tarjoaa mukavan käyttötilan akulle ja pidentää sen käyttöikää.

Titan auttaa käynnistämään moottorin kylmässä. Alle -10°C lämpötilat vaikuttavat negatiivisesti akun kapasiteettiin, mikä voi aiheuttaa ongelmia polttomoottorin käynnistyksessä. Superkondensaattorin kapasitanssi ei käytännössä muutu kylmällä säällä, joten se antaa aina maksimaalisen energian piirille käynnistimen vierittämiseksi.

Rinnakkaisliitäntätyyppi, puskurimoduulilla

	Nimi		MSKA-54-16
	Nimellisjännite (V)		16
	Nimelliskapasiteetti (F)		54
			<10,9
			270
	Mitat (mm)	Pituus	254
		Leveys	40
		Korkeus	80
	Paino (kg)		1
	Moottorin koko (cm 3)		Ennen 1600
	Ei saatavilla
	Nimi		MSKA-108-16-K
	Nimellisjännite (V)		16
	Nimelliskapasiteetti (F)		108
	Sisäinen vastus (mΩ)		<5,2
	Suurin purkausvirta, (A) (impulssi enintään 1 sekunti)		540
	Mitat (mm)	Pituus	254
		Leveys	40
		Korkeus	150
	Paino (kg)		2
	Moottorin tilavuus		2200 asti
	Ei saatavilla
	Nimi		MSKA-162-16
	Nimellisjännite (V)		16
	Nimelliskapasiteetti (F)		162
	Sisäinen vastus (mΩ)		<3,4
	Suurin purkausvirta, (A) (impulssi enintään 1 sekunti)		800
	Mitat (mm)	Pituus	244
		Leveys	100
		Korkeus	100
	Paino (kg)		2,4
	Moottorin tilavuus		Jopa 3500
	Ei saatavilla

Moottorin käynnistäminen tyhjällä akulla

Moduuli on kytketty sarjaan vakioakkuun ja suoraan käynnistysnapoihin.Tämä vaihtoehto tarjoaa jatkuvan jännitteen käynnistysnapoihin, mikä on välttämätöntä polttomoottorin luotettavalle käynnistykselle. Titan-moduulien käyttö sarjaliitäntään on merkityksellistä ajoneuvoissa, joissa on suuri määrä sähköä kuluttavia lisälaitteita. Esimerkiksi takseissa, poliisissa, ambulansseissa jne., joissa valaistuslaitteet, radiopuhelin ja GPS-navigointi toimivat jatkuvasti. Laitteen toiminta tyhjentää jatkuvasti akun varausta, ja generaattori, kun polttomoottori toimii jatkuvasti tyhjäkäynnillä, ei anna riittävää latausta. Superkondensaattorien käyttö, jolla on pieni sisäinen vastus, korkea tehotiheys ja luotettava energiantuotto matalissa lämpötiloissa, mahdollistaa käynnistyksen alhaisella akun latauksella (alkaen 9 voltista) ja matalissa lämpötiloissa.

Superkondensaattori on hyödyllinen myös autonomistajille, joilla on asennettuna järjestelmä, joka valmistelee polttomoottorin käynnistymään kylmällä säällä. Kaikki esilämmittimet saavat virtansa akusta ja purkavat sen lämmitysprosessin aikana, joten käynnistysongelmat ovat mahdollisia myös lämpimällä moottorilla.

Esilämmittimillä varustetun Titan-moduulin toiminnan ominaisuudet:

• Taattu lämmitetyn polttomoottorin käynnistys, kun lämmitin tyhjentää akun;
• Jäätyneen akun kuormituksen vähentäminen.

Käynnistintä ei välttämättä rullata vain voimakkaan kulumisen ja/tai erittäin alhaisen akun latauksen vuoksi, mikä ei pysty syöttämään virtaa kelausreleeseen.

Sarjaliitäntätyyppi, DC-DC-muuntimella

	Nimi		MSKA-108-16-P
	Nimellisjännite (V)		16
	Nimelliskapasiteetti (F)		108
	Sisäinen vastus (mΩ)		<5,7
	Suurin purkausvirta, (A) (impulssi enintään 1 sekunti)		540
	Mitat (mm)	Pituus	250
		Leveys	100
		Korkeus	100
	Paino (kg)		2,4
	Moottorin tilavuus		2200 asti
	Ei saatavilla
	Nimi		MSKA-162-16-P
	Nimellisjännite (V)		16
	Nimelliskapasiteetti (F)		162
	Sisäinen vastus (mΩ)		<3,8
	Suurin purkausvirta, (A) (impulssi enintään 1 sekunti)		800
	Mitat (mm)	Pituus	320
		Leveys	100
		Korkeus	100
	Paino (kg)		3
	Moottorin tilavuus		Jopa 3500
	Ei saatavilla

Varma moottorin käynnistys ja junaverkon jännitteen vakaus

Tässä tapauksessa suoraan käynnistimeen kytketty DC-DC-asennusmoduuli varmistaa polttomoottorin luotettavan pyörityksen ja käynnistyksen, ja akun kanssa rinnan kytketty puskurimoduuli syöttää solenoidirelettä. Tällaisessa superkondensaattorissa yhdistyvät kaikki moduulien edut puskuri- ja sarjaliitäntätyypeillä. Siten jopa kuluneilla akuilla varmistetaan kaikkien sähköisen verkon parametrien korkein vakaus ja varma moottorin käynnistys alhaisissa lämpötiloissa.

Titan-moduulin asentaminen hybridiliitäntätyypillä mahdollistaa:

• aloita tyhjentyneillä akuilla, jotka eivät pysty tuottamaan käynnistysvirtaa, mutta joilla on tarpeeksi energiaa lataamiseen
  superkondensaattorit;
• käynnistää alhaisissa lämpötiloissa;
• lisää akkujen käyttöikää 2-4 kertaa;
• kun työskentelet käynnistyksen esilämmittimen kanssa, varmista lämmitetyn polttomoottorin käynnistyminen, kun lämmitin on tyhjentynyt tai akku on jäätynyt;
• tarjota lisälaitteita ja järjestelmiä pulssienergialla, parantaa ajoneuvon sähköverkon luotettavuutta kokonaisuutena.

Hybridiliitäntätyyppi, puskurimoduulilla ja DC-DC-muuntimella

	Nimi		MSKA-108/54-16-PB
	Nimellisjännite (V)		16
	Pääakun nimelliskapasiteetti (F)		108
	Tehosteakun nimelliskapasiteetti (F)		54
	Pääakun sisäinen vastus (mΩ)		<5,7
	Tehosteakun sisäinen vastus (mΩ)		<11,4
	Pääakun maksimipurkausvirta (A) (pulssi enintään 1 sekunti)		540
	Apuakun maksimipurkausvirta (A) (pulssi enintään 1 sekunti)		270
	Mitat (mm)	Pituus	325
		Leveys	100
		Korkeus	100
	Paino (kg)		4
	Ei saatavilla

Superkondensaattorien tärkeimmät edut

• Suuri tehotiheys Ihanteellinen laite työskentelyyn äkillisten ja merkittävien tehonmuutosten kanssa (useita kertoja).
• Korkeat stabilointiominaisuudet. Nopea lataus/purkaus (sekunnissa).
• Tehokas energian talteenotto ja moottorin käynnistys.
• Laaja käyttölämpötila-alue -45 - 70°C.
• Kyky työskennellä äärimmäisissä olosuhteissa.
• Käyttöikä vähintään 10 vuotta, jopa miljoona lataus-purkausjaksoa.
• Ei tarvitse vaihtaa pitkään aikaan.
• Järjestelmien käyttökustannusten vähentäminen.
• Tiiviys ja ympäristöystävällisyys.
• Alhaiset omistuskustannukset, ei käyttö- ja hävityskustannuksia.
• Pieni paino ja pienet mitat.
• Laaja valikoima sovelluksia, autonomia, liikkuvuus.
• Yhteistyötä esilämmittimien kanssa.
• Laitteet on sertifioitu GOST:n mukaan.

Superkondensaattorien asennusesimerkkejä

Superkondensaattori (eli ionistori) on sähköenergian varastointilaite, joka sijaitsee akun ja elektrolyytin välissä. Totta, toisin kuin he, nämä tuotteet ovat verrattoman pienempiä ja näyttävät tavallisilta elektrolyyttikondensaattoreilta (katso alla oleva kuva).

Ominaisuuksiensa mukaan superkondensaattori (SC) eroaa merkittävästi tavallisista elektrolyysituotteista, koska se on kestävämpi ja sillä on pienempi virtavuoto. Näiden tuotteiden kehittämisen päätavoitteena on luoda uuden sukupolven energian varastointilaitteita, jotka voivat korvata perinteiset akut.

Tyypillisiä eroja

Jo yllä lueteltujen etujen lisäksi superkondensaattorille on ominaista akkuja korkeampi ominaiskapasiteetti, mikä mahdollistaa sen käytön virtalähteenä esimerkiksi sähköajoneuvoissa. Ainutlaatuisten energiaominaisuuksien ansiosta tämän elektrolyyttikennon latausaika lyhenee huomattavasti (samaa voidaan sanoa sen purkautumisajasta).

Lisäinformaatio. Nämä ominaisuudet mahdollistavat suuritehoisten kondensaattoreiden käytön nykyaikaisissa uusiutuvan energian lähteissä (aurinkoakut, tuuligeneraattorit jne.).

Sen käytön aikana on mahdollista saavuttaa taloudellisempi toimintatapa, koska on mahdollista kerätä energialähteistä saatua ylimääräistä energiaa.

Ulkoisesti superkondensaattori näyttää perinteiseltä elementiltä, ​​jossa on kaksi elektrodia, jota käytetään akun sijasta.

Kuten akku, se sisältää myös elektrolyyttiä sisäisissä onteloissaan, joka vuorovaikutuksessa levyjen kanssa tuottaa sähköä.

Suunnitteluominaisuudet ja valmistajat

Tämän tuotteen elektrodit on valmistettu erityisestä huokoisesta materiaalista, jonka päällä on ohut kerros aktiivihiiltä. Elektrolyyttisenä koostumuksena käytetään epäorgaanista tai orgaanista alkuperää olevia seoksia. Sen tärkeimmät erot tavallisesta kondensaattorista ovat seuraavat:

• Tämän tuotteen levyjen välissä ei ole tavallista dielektristä kerrosta, vaan kaksi kertaa paksumpaa, mikä mahdollistaa erittäin ohuen raon. Tämä rakenne tarjoaa mahdollisuuden kerätä sähköä suuria määriä (sähkökapasiteetti kasvaa tässä tapauksessa merkittävästi);
• Lisäksi superkondensaattori, toisin kuin muut näytteet, kerää ja kuluttaa varauksen melko nopeasti;
• Kaksinkertaisen dielektrisen kerroksen käytön ansiosta elektrodien kokonaispinta-ala kasvaa, kun taas mitat pysyvät samoina. Samalla tuotteen tekniset ominaisuudet paranevat huomattavasti.

Näiden vuonna 1962 ilmestyneiden kondensaattoreiden ominaisuuksiin tulisi kuulua myös niiden elektrodien energiarakenne, joista yhdellä on elektroninen johtavuus ja toisella - niin kutsuttu "ioninen". Tämän seurauksena niiden latausprosessissa vastakkaiset varaukset erotetaan, mikä johtaa positiivisten ja negatiivisten potentiaalien kerääntymiseen levyille (katso kuva).

Vuonna 1971 tunnettu japanilainen yritys NEC sai lisenssin näiden ainutlaatuisten tuotteiden tuotantoon, sillä se oli siihen mennessä hallinnut menestyksekkäästi lähes kaikki sähkötekniikan osa-alueet. Hän onnistui edistämään ja lopulta hyväksymään ainutlaatuisen teknologian superkondensaattorien valmistamiseksi elektroniikkatuotteiden markkinoilla. 2000-luvulta lähtien se on hallittu menestyksekkäästi lähes kaikissa maailman taloudellisesti kehittyneissä maissa.

Superelektrolyyttien tyypit

Kaikki tunnetut tämän luokan elektrolyyttisten tuotteiden näytteet on jaettu seuraaviin tyyppeihin:

• Kaksikerroksiset kondensaattorirakenteet (DSC);
• Hybridielektrolyyttikennot;
• Pseudokondensaattorit.

Tarkastellaan jokaista niistä hieman yksityiskohtaisemmin.

Kaksikerroksisissa rakenteissa on koostumuksessaan kaksi huokoista elektrodia johtavalla hiilipinnoitteella, jotka on erotettu erityisellä koostumuksella (elektrolyyttierottimella). Energian kertymisprosessi näissä muodostelmissa tapahtuu vastakkaisten varausten erottumisen vuoksi, johon liittyy merkittävien amplitudipotentiaalien muodostuminen elektrodeille.

Tällaisten rakenteiden sähkövarauksen arvoon vaikuttaa merkittävästi kaksinkertaisen varastointikerroksen kapasitanssi, joka toimii eräänlaisena pintakondensaattorina. Nämä kaksi säilytysjärjestelmää on yhdistetty keskenään sarjaketjuun niitä yhdistävän elektrolyytin avulla.

Lisäinformaatio. Tässä tapauksessa se toimii johtimena, jolla on ioninen johtavuus.

Hybridielektrolyytit voidaan luokitella siirtymärakenteiksi, jotka ovat akun ja kondensaattorin välissä. Tällaisen nimen valinta näille tuotteille johtuu siitä, että niissä olevat elektrodit on valmistettu erityyppisistä materiaaleista, minkä seurauksena varauksen kertymisen luonne on hieman erilainen.

Yleensä katodin toiminto niissä suorittaa materiaalilla, jolla on niin sanottu "pseudokapasitanssi", ja varauksen kertymisprosessi tapahtuu redox-reaktioiden esiintymisen vuoksi. Tällainen tämän ryhmän elektrolyyttien "arkkitehtuuri" antaa sinun lisätä kondensaattorin kokonaiskapasitanssia sekä laajentaa sallittujen jännitteiden aluetta.

Näissä tuotteissa käytetään useimmiten monimutkaisia ​​elektrodimateriaalien yhdistelmiä, jotka ovat erikoistyyppisten johtavien polymeerien (tai sekaoksidien) yhdistelmä. Parhaillaan tutkitaan muita lupaavia materiaaleja (erityisesti komposiitteja), joita saadaan kerrosttamalla metallioksideja hiiliemäksille tai polymeereille.

Pseudokondensaattorit ovat teknisesti paljon lähempänä ladattavia akkuja, joissa on kaksi solid-state-elektrodia. Niiden toiminta perustuu kahden seuraavan mekanismin yhdistelmään:

• Lataus- ja purkausprosessit (samanlaiset kuin tavanomaisissa akuissa tapahtuvat reaktiot);
• Sähköstaattiset vuorovaikutukset, jotka ovat luontaisia ​​rakenteille, joissa on kaksinkertainen sähkökerros.

Etuliite "pseudo" tarkoittaa, että näiden elementtien kapasiteetin määrää ei niinkään sähköstaattisten prosessien luonne kuin riippuvuus elektrolyyttisten varausten siirtoon liittyvistä reaktioista.

Käyttöalueet

Useimmiten tämän luokan tuotteita käytetään seuraavissa mekanismeissa, kokoonpanoissa ja laitenäytteissä:

• Uusiutuvia energialähteitä käyttävissä järjestelmissä, joissa on kerättävä kertynyttä potentiaalia (aurinkoakut, tuuligeneraattorit jne.);
• Nykyaikaisissa ajoneuvoissa (esimerkiksi sähköautot) sekä vetykäyttöisten autojen moottoreiden käynnistyslaitteissa;
• Suuren energiatiheyden ja lisääntyneen ominaiskapasiteetin vuoksi näitä tuotteita käytetään laajalti elektroniikkalaitteissa (lyhytaikaisten ja voimakkaiden pulssien lähteinä);
• Niitä tarvitaan myös keskeytymättömissä sähköjärjestelmissä, jotka hyödyntävät täysimääräisesti niiden pääetua - tarjota välitöntä tehonsiirtoa.

Huomautus! Tähän tulisi sisällyttää myös sellaisten teollisuudenalojen kehittäminen, joissa käytetään jatkuvatoimisia sähköjärjestelmiä taloudellisella polttoaineella.

Lisäksi superkondensaattoreita voidaan käyttää seuraavissa laitteissa:

• Energiakuormien vaimennusjärjestelmissä sekä sähkömoottoreiden käynnistyslaitteissa;
• Komplekseissa, joiden toiminta liittyy kriittisiin kuormiin (satamien, sairaaloiden, mobiilitornien, pankkikeskusten laitteet jne.);
• PC-laitteiden ja tiedonkeruujärjestelmien (mikroprosessorit ja muisti) varavirtalähteissä sekä matkapuhelimissa.

Kondensaattorituotteiden edut ja haitat

Tämän luokan tuotteiden etuihin kuuluvat:

• Alhaiset ominaiskustannukset (kapasiteettiyksikköä kohti);
• Suuri kapasitiivinen tiheys ja lataus-purkausjaksojen tehokkuus (jopa 95% ja enemmän);
• Luotettavuus, kestävyys ja ympäristöystävällisyys;
• Erinomaiset erityistehon indikaattorit;
• Riittävän laaja lämpötila-alue, jossa niiden toiminta on mahdollista;
• Korkein mahdollinen lataus- ja purkunopeus tämän luokan tuotteille;
• Kapasiteetin täydellisen menetyksen hyväksyttävyys (käytännössä nollaan).

Toinen SC:iden tärkeä etu on niiden suhteellisen pieni koko ja paino (verrattuna muuntyyppisiin elektrolyyttisiin tuotteisiin).

Niihin sisältyvistä "miinuksista" haluaisin huomata seuraavat puutteet:

• Suhteellisen alhainen kertyneiden energioiden tiheys;
• Alhainen jännite elementin kapasitanssiyksikköä kohti;
• Korkea hallitsematon itsepurkautuminen.

Lisää tähän vielä kehittämätön teknologia tuotteiden tuotantoa varten.

Sovellusnäkymät

Lähitulevaisuudessa on odotettavissa superkondensaattorien lähes yleismaailmallinen käyttö, joka otetaan käyttöön useimmilla energiaintensiivisillä teollisuudenaloilla (mukaan lukien lääketeollisuus, ilmailuteollisuus ja sotilaslaitteet).

Samaan aikaan niiden käyttöönoton kanssa näiden tuotteiden ominaiskapasiteetti kasvaa yhä enemmän, mikä mahdollistaa akkujen korvaamisen kokonaan kondensaattoreilla. Siinä hahmotellaan myös prosessi superkondensaattorien integroimiseksi nykyaikaisen elektroniikkatuotannon eri rakenteisiin, mukaan lukien ohjaus- ja säätöelementtien valmistus.

Lopuksi toteamme, että tämän luokan kondensaattorituotteet mahdollistavat ympäristöystävällisten energiansäästötapojen toteuttamisen, jotka ovat paljon lupaavampia kuin kaikki tähän mennessä tunnetut. Lähitulevaisuudessa näiden teknologioiden laajenemista odotetaan edelleen, mikä voi kattaa koko autoteollisuuden sekä viestintälaitteet ja mobiililaitteet.

Video