Dấu hiệu và mê tín dị đoan 

Tụ điện cho 24v để tiết kiệm năng lượng. Siêu tụ điện để khởi động động cơ. Ổn định điện áp của mạng trên bo mạch ở tải cao

Siêu tụ điện có thể được gọi là sự phát triển sáng giá nhất trong những năm gần đây. So với các tụ điện thông thường, chúng có cùng kích thước, khác nhau ba bậc về độ lớn ở mức công suất lớn hơn. Đối với điều này, các tụ điện nhận tiền tố của chúng - "siêu". Trong một khoảng thời gian ngắn, chúng có thể tỏa ra một nguồn năng lượng khổng lồ.

Chúng được sản xuất với nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau: từ những cái rất nhỏ, được gắn vào bề mặt của thiết bị, có kích thước không lớn hơn một đồng xu, đến những cái rất lớn hình trụ và hình lăng trụ. Mục đích chính của chúng là nhân đôi nguồn chính (pin) trong trường hợp sụt áp.

Các hệ thống điện và điện tử hiện đại sử dụng nhiều năng lượng đặt ra yêu cầu cao về nguồn cung cấp năng lượng. Các thiết bị mới nổi (từ máy ảnh kỹ thuật số đến thiết bị di động điện tử và hộp số xe điện) cần tích lũy và cung cấp năng lượng cần thiết.

Vấn đề này được các nhà phát triển hiện đại giải quyết theo hai cách:

  • Sử dụng pin có khả năng cung cấp xung dòng điện cao
  • Bằng cách kết nối song song với pin để bảo hiểm cho siêu tụ điện, tức là giải pháp lai.

Trong trường hợp thứ hai, siêu tụ điện hoạt động như một nguồn điện khi điện áp của pin giảm xuống. Điều này là do thực tế là pin có mật độ năng lượng cao và mật độ năng lượng thấp, trong khi siêu tụ điện, ngược lại, được đặc trưng bởi mật độ năng lượng thấp, nhưng mật độ năng lượng cao, tức là chúng cung cấp dòng phóng điện cho tải. Bằng cách kết nối song song một siêu tụ điện với pin, bạn có thể sử dụng nó hiệu quả hơn, do đó, kéo dài tuổi thọ.

Siêu tụ điện được sử dụng ở đâu?

Video: Kiểm tra siêu tụ điện 116.6F 15V (6 * 700F 2.5V), thay cho ắc quy khởi động trên ô tô

Trong hệ thống điện tử ô tô, chúng được sử dụng để khởi động động cơ. từ đó giảm tải cho ắc quy. Chúng cũng cho phép bạn giảm trọng lượng bằng cách giảm sơ đồ đi dây. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ô tô hybrid, nơi động cơ đốt trong điều khiển máy phát điện và động cơ điện (hoặc động cơ) dẫn động ô tô, tức là siêu tụ điện (bộ nhớ đệm năng lượng) được sử dụng như một nguồn dòng điện trong quá trình tăng tốc và bắt đầu chuyển động, và trong quá trình phanh, nó được "sạc lại". Việc sử dụng chúng có triển vọng không chỉ trong ô tô du lịch mà còn trong giao thông đô thị, vì một loại tụ điện mới có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu tới 50% và giảm phát thải khí độc hại ra môi trường tới 90%.

Tôi chưa thể thay thế hoàn toàn pin siêu tụ điện, nhưng vấn đề chỉ là thời gian. Sử dụng siêu tụ điện thay cho pin không phải là một điều viển vông. Nếu các nhà khoa học - nhà công nghệ nano của Đại học QUT đi theo con đường đúng đắn, thì trong tương lai không xa, điều này sẽ trở thành hiện thực. Các tấm thân, bên trong là siêu tụ điện thế hệ mới nhất, sẽ có thể hoạt động như pin. Các nhân viên của trường đại học này đã tìm cách kết hợp những ưu điểm của pin lithium-ion và siêu tụ điện trong một thiết bị mới. Siêu tụ điện mới mỏng, nhẹ và mạnh mẽ bao gồm các điện cực carbon với chất điện phân giữa chúng. Tính mới, theo các nhà khoa học, có thể lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào trên cơ thể.

Để cải thiện, nhờ mô-men xoắn lớn (khởi động), đặc tính khởi động ở nhiệt độ thấp và mở rộng khả năng của hệ thống động lực, họ có thể làm được điều đó ngay bây giờ. Hiệu quả sử dụng của chúng trong hệ thống điện được giải thích là do thời gian sạc / xả của chúng là 5-60 giây. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng trong hệ thống phân phối của một số thiết bị máy móc: ống dẫn điện, hệ thống điều chỉnh khóa cửa và vị trí kính cửa sổ.

Tự làm siêu tụ điện

Bạn có thể tạo ra một siêu tụ điện bằng chính đôi tay của mình. Vì thiết kế của nó bao gồm một chất điện phân và các điện cực, bạn cần phải quyết định vật liệu cho chúng. Đồng, thép không gỉ hoặc đồng thau khá thích hợp cho các điện cực. Bạn có thể lấy ví dụ như tiền xu cũ năm kopeck. Bạn cũng sẽ cần bột than (bạn có thể mua than hoạt tính ở hiệu thuốc và nghiền nó). Nước thông thường sẽ “phù hợp” như một chất điện phân, trong đó bạn cần phải hòa tan muối ăn (100: 25). Vữa được trộn với bột than để tạo thành hỗn hợp sệt. Bây giờ lớp vài mm của nó phải được áp dụng cho cả hai điện cực.

Vẫn phải chọn một miếng đệm ngăn cách các điện cực, thông qua các lỗ rỗng mà chất điện phân sẽ tự do đi qua, nhưng bột than sẽ đọng lại. Sợi thủy tinh hoặc cao su xốp thích hợp cho những mục đích này.

Điện cực - 1,5; lớp phủ điện phân carbon - 2,4; miếng đệm - 3.

Bạn có thể sử dụng hộp nhựa làm vỏ bọc, trước đó đã khoan lỗ trên đó để hàn dây vào các điện cực. Sau khi kết nối dây với pin, chúng tôi đợi cho đến khi thiết kế "ionix" được sạc, được đặt tên như vậy vì nồng độ khác nhau của các ion sẽ hình thành trên các điện cực. Kiểm tra điện tích bằng vôn kế sẽ dễ dàng hơn.

Có nhiều cách khác. Ví dụ, sử dụng giấy thiếc (giấy thép - giấy bọc sô cô la), các mảnh thiếc và giấy sáp, bạn có thể tự làm bằng cách cắt và nhúng các dải giấy lụa vào parafin đã nấu chảy nhưng không sôi trong vài phút. Chiều rộng của các dải phải là năm mươi milimét và chiều dài phải từ hai trăm đến ba trăm milimét. Sau khi loại bỏ các dải parafin, cần phải cạo bỏ parafin bằng mặt cùn của dao.

Giấy tẩm parafin được gấp theo hình đàn accordion (như trong hình). Trên cả hai mặt, các tấm thép được chèn vào các khoảng trống, tương ứng với kích thước 45x30 mm. Sau khi chuẩn bị xong phôi, nó được gấp lại, sau đó ủi bằng bàn là ấm. Các đầu khung còn lại được kết nối với nhau từ bên ngoài. Đối với điều này, có thể sử dụng các tấm bìa cứng và tấm đồng thau có kẹp thiếc, sau đó hàn các ruột dẫn để tụ điện có thể được hàn trong quá trình lắp đặt.

Điện dung của tụ phụ thuộc vào số lượng lá thép. Ví dụ, nó bằng với một nghìn picofarads khi sử dụng mười trang tính như vậy và hai nghìn nếu số lượng của chúng tăng lên gấp đôi. Công nghệ này thích hợp để sản xuất tụ điện có dung lượng lên đến 5.000 picofarads.

Nếu cần điện dung lớn thì cần có tụ giấy microfarad cũ, là một cuộn băng gồm các dải giấy tráng sáp, giữa có đặt một dải lá thép.

Để xác định chiều dài của các dải, hãy sử dụng công thức:

l \ u003d 0,014 C / a, trong đó điện dung của tụ điện yêu cầu tính bằng pF là C; chiều rộng sọc tính bằng cm - a: chiều dài tính bằng cm - 1.

Khi có các dải chưa quấn có chiều dài cần thiết từ tụ điện cũ, họ cắt bỏ các lá 10 mm ở tất cả các mặt để ngăn các bản tụ điện kết nối với nhau.

Một lần nữa, băng phải được cuộn lại, nhưng trước tiên bằng cách hàn các dây đã bện vào từng dải giấy bạc. Từ phía trên, cấu trúc được dán lên bằng giấy dày, và trên các mép giấy nhô ra, hai dây gắn kết (cứng) được đóng lại, các dây dẫn từ tụ điện được hàn từ bên trong ống bọc giấy (xem hình ). Bước cuối cùng là lấp đầy cấu trúc bằng parafin.

Ưu điểm của siêu tụ điện carbon

Vì ngày nay không thể bỏ qua việc rước xe điện trên khắp hành tinh, nên các nhà khoa học đang nghiên cứu vấn đề liên quan đến khả năng sạc nhanh nhất của nó. Có rất nhiều ý tưởng, nhưng chỉ một số được đưa vào cuộc sống. Ví dụ ở Trung Quốc, tại thành phố Ninh Ba, một tuyến đường giao thông đô thị khác thường đã được đưa vào hoạt động. Chiếc xe buýt chạy trên đó chạy bằng động cơ điện, nhưng chỉ mất mười giây để sạc. Trên đó, anh ta vượt qua năm km và một lần nữa, trong quá trình lên / xuống của hành khách, anh ta quản lý để nạp năng lượng.

Điều này trở nên khả thi nhờ vào việc sử dụng một loại tụ điện mới - carbon.

Tụ điện carbon chịu được khoảng một triệu chu kỳ sạc lại, hoạt động hoàn hảo trong phạm vi nhiệt độ từ âm bốn mươi đến cộng sáu mươi lăm độ. Lên đến 80% năng lượng mà chúng trả lại trong quá trình hồi phục.

Họ đã mở ra một kỷ nguyên mới trong quản lý điện năng, giảm thời gian phóng điện và tích điện xuống nano giây, giảm trọng lượng của xe. Với những lợi thế này, bạn có thể thêm chi phí thấp, vì kim loại đất hiếm và thân thiện với môi trường không được sử dụng trong sản xuất.

Có thể sử dụng tụ điện trên xe thay cho các loại pin bất thường, tuổi thọ ngắn và cần bảo dưỡng không? Hóa ra là có thể, ưu điểm tụ điện phía trước đủ để bỏ pin, nếu không hoàn toàn thì ít nhất cũng phải bổ sung dung lượng pin vốn bị giảm đi rất nhiều ở trời lạnh dung lượng. của tụ điện. Chúng tôi sẽ nói về những ưu điểm và nhược điểm của cả hai nguồn điện trong bài viết này.

Chỉ một vài năm trước, một hoặc hai tụ điện farad được coi là kỳ lạ và chỉ được trưng bày tại các cuộc triển lãm của những người yêu âm nhạc giàu có. Giờ đây, bạn có thể mua các tụ điện này ở bất kỳ quầy bán hàng âm thanh tự động nào và thậm chí không khó để tìm thấy các tụ điện lớn hơn ở các cửa hàng chuyên bán hệ thống âm thanh Hi-Fi hạng nặng (về nhạc trên ô tô hoặc xe máy).

Và điều khiến tôi đặc biệt vui mừng là ở thời điểm hiện tại, ngành công nghiệp Nga, vẫn đi trước các nhà sản xuất phương Đông và phương Tây vài năm, đã làm chủ được việc sản xuất quy mô nhỏ loại siêu tụ điện mới nhất, công suất hàng chục nghìn. của farads!

Một chút lý thuyết.

Như bạn đã biết, tụ điện bao gồm các điện tích dương được phân tách riêng biệt trên một bản điện cực và các điện tích âm trên bản kia. Không đi sâu vào chi tiết, tôi sẽ chỉ lưu ý rằng năng lượng (công suất) mà tụ điện có thể lấy trực tiếp phụ thuộc vào diện tích của các tấm điện cực, cũng như khoảng cách giữa chúng. Và diện tích này càng lớn và khoảng cách giữa các tấm càng nhỏ thì càng thuận lợi cho việc tích tụ điện tích lớn hơn.

Từ đó, bằng cách tăng điều kiện đầu tiên và giảm điều kiện thứ hai, có thể đạt được thành công trong vấn đề này. Nhưng nó đơn giản như vậy. Và thực tế nó như thế nào? Trong các tụ điện mới nhất, vật liệu xốp carbon được sử dụng để làm điện cực âm, và đó là nơi có toàn bộ niềm vui. Nhờ vật liệu này, một tấm phẳng dường như bình thường, nhờ cấu trúc xốp của nó, dường như có chiều thứ hai (diện tích của các tấm tăng lên). Từ điều này, khu vực tích lũy các khoản phí tăng lên đáng kể!

Chúng tôi đã đạt được sự gia tăng về diện tích của các tấm, nó vẫn còn để làm việc với khoảng cách. Tên mới của siêu tụ điện mới nhất là tụ điện hai lớp. Điểm đặc biệt của chúng là điện được tích lũy trong một khu vực đặc biệt, tức là ở mặt phân cách giữa chất điện phân và chất rắn. Từ đó, khoảng cách giữa khu vực vị trí của các điện tích âm và dương giảm đi rất nhiều, khoảng 2-3 bậc độ lớn!

Từ tất cả những điều trên, cuối cùng chúng ta có thể nói rằng đã đến lúc những siêu xe tăng này phải thế chỗ dưới mui xe, nhưng ở khả năng nào? Có một số lựa chọn, nhưng hãy xem xét những lựa chọn thực tế nhất.

Sử dụng tụ điện làm nguồn điện chính cho động cơ (sức kéo điện).

Xe buýt điện Luzhok di chuyển khá nhanh. Khói bốc ra từ máy sưởi bên trong xăng có thể nhìn thấy từ bên dưới.

Gần đây, không ai coi trọng ắc quy cho ô tô điện. Nhưng ô tô điện đã bắt đầu tràn ngập thế giới, ví dụ như taxi điện đã hoạt động ở London. Điều này có nghĩa là đường dẫn cho các tụ điện là cực kỳ rõ ràng, đặc biệt nếu bạn tính đến lợi thế của chúng so với pin, nhưng về lợi thế sẽ muộn hơn một chút. Hãy để tôi nói rằng một ví dụ "trực tiếp", chạy bằng điện từ các tụ điện kéo, có thể được nhìn thấy trong bức ảnh bên trái. Đây là một chiếc xe buýt thân thiện với môi trường, nói chính xác là một chiếc xe buýt điện có tên Luzhok, được sản xuất hàng loạt nhỏ ở thị trấn Troitsk gần Moscow (tại nhà máy Esma). Chỉ ở đây, để sưởi ấm bên trong khi thời tiết lạnh, bạn phải bật bếp chạy bằng xăng, nhưng điều này, như người ta nói, là chuyện vặt.

Xe buýt điện được sử dụng để vận chuyển khách du lịch trong khoảng cách ngắn (lên đến 10 km), chẳng hạn như qua lãnh thổ của các công viên và khu bảo tồn, những nơi có các hạn chế nghiêm ngặt về môi trường. Luzhok sẽ thực hiện các chuyến bay thương mại đầu tiên qua lãnh thổ của Trung tâm Triển lãm Nga toàn Moscow. Một lần sạc tụ điện là đủ đi được 8 - 10 km. Sau đó 10-15 phút sạc lại trên đường (pin sẽ phải được sạc trong ít nhất 20 giờ). Ví dụ, nếu bạn đi làm, mà ở các thị trấn nhỏ có thể chỉ trong vòng 5 - 10 km, thì một chiếc ô tô như vậy sẽ là phù hợp nhất, đặc biệt là cho những chuyến đi hàng ngày. Rốt cuộc, chu kỳ sạc và xả của tụ điện, không giống như pin, gần như là vô tận. Ngoài ra, xe không nặng như xe buýt, đồng nghĩa với việc số km đi được mỗi lần sạc có thể tăng lên.

Ngoài xe buýt, công ty còn sản xuất một số Gazelles, một số máy xúc lật và một chiếc ô tô điện để vận chuyển hàng hóa xung quanh nhà máy. Sự khác biệt chính giữa tất cả công nghệ tụ điện này và công nghệ pin là nó có thể được sử dụng suốt ngày đêm, vì mất vài phút để sạc chúng. Và mặc dù chúng cũng được phóng điện nhanh chóng, nhưng tuổi thọ sử dụng của tụ điện vượt quá tuổi thọ của pin gấp mười lần.

Sử dụng tụ điện làm dụng cụ trợ giúp pin khi khởi động trong thời tiết lạnh.

Tất nhiên, việc sử dụng một loại tụ điện mới trong máy móc làm lực kéo là hữu ích và thú vị, nhưng không phù hợp nhất. Sẽ hữu ích hơn nhiều nếu sử dụng chúng như một lực điện ngắn hạn có công suất lớn, và trước hết là để khởi động động cơ ô tô. Điều này đã được sử dụng bởi các kỹ sư thiết bị quân sự và các cuộc thử nghiệm và cải tiến liên tục được thực hiện trên các thiết bị quân đội. Ví dụ, hai viên pin khổng lồ 190 ampe giờ mỗi viên, trong sương giá âm 45 độ, chỉ có thể tạo ra một cuộn mười lăm giây của bộ khởi động Kamaz (và do đó, động cơ Kamaz bị đóng băng). Nhưng nếu bạn kết nối song song một tụ điện có công suất chỉ 0,18 kF, thì bộ khởi động động cơ Kamaz sẽ tạo ra nhiều cuộn lạnh như vậy! Sự khác biệt là rõ ràng, điều này đặc biệt hữu ích cho các thiết bị được sử dụng ở Viễn Bắc, ví dụ, thiết bị quân sự và xây dựng.

Tất nhiên, đối với những người lái xe sống ở vùng có khí hậu ấm hơn, lợi ích của tụ điện không sợ lạnh không quá hữu ích. Nhưng điều chính là khác nhau. Tụ điện không nguy hiểm đối với mật độ dòng điện cao và chúng chịu được một số lượng lớn các chu kỳ phóng điện và thậm chí không cần bảo trì. Nhưng điều quan trọng nhất là tụ điện sẽ tăng gấp đôi tuổi thọ của pin. Rốt cuộc, khi chỉ có một pin (đặc biệt không phải pin mới), nó được coi là không sử dụng được nếu nó bắt đầu đối phó kém với các nhiệm vụ khởi động, đặc biệt là trong thời tiết lạnh. Nhưng được ghép nối với một tụ điện được kết nối song song, pin cũ sẽ hoạt động miễn là nó có thể sạc lại. Và như tôi đã nói, pin biến thành một lá gan dài.

Ngoài ra, được ghép nối với một tụ điện đồng nghiệp, dung lượng pin của ô tô hoặc xe máy của bạn có thể giảm đi một nửa. Đối với xe du lịch có động cơ 1.5 - 1.8 khối thì 25 Ah là đủ, còn xe tải thì chỉ cần 60 Ah là đủ. Và sẽ không thể sử dụng loại pin khởi động được thiết kế cho dòng điện cao nữa mà phải sử dụng loại pin thông thường, thường có tuổi thọ cao hơn 2-3 lần. Do đó, sự kết hợp giữa pin cộng với tụ điện sẽ giúp tăng tuổi thọ của bộ đôi này lên đáng kể. Và để không phải thay pin trên chiếc xe của họ trong 15 năm, nhiều người mơ ước điều này, và thời điểm này, mọi người thường thay đổi chiếc xe mới hơn. Vì vậy, nó chỉ ra rằng một cặp đôi (pin và tụ điện) như vậy là đủ cho toàn bộ tuổi thọ của máy. Nhưng quan trọng nhất, người lái xe sẽ quên đi sự khởi đầu khó khăn trong trời lạnh và có thể quên được những từ như “anh ơi, cho tôi xin ánh sáng, tôi không thể bắt đầu” (cách châm thuốc an toàn từ xe của người khác,).

Điều gì có thể nói cuối cùng. Các siêu tụ điện thế hệ mới vẫn đang được sản xuất theo lô nhỏ, giá đắt gấp đôi pin thường và có lẽ sẽ không sớm tìm được người mua, ít nhất là hàng nội địa của chúng ta. Rất ít tụ điện đến tay người tiêu dùng nước ngoài, nhưng điều này không hỗ trợ nhiều cho ngành công nghiệp của chúng ta. Nhưng nếu muốn, và các nhà tài trợ bình thường, để quảng cáo và phát triển sản xuất hàng loạt rẻ hơn, doanh nghiệp này có thể được thành lập theo cách bình thường. Mọi thứ đều có thể. Rốt cuộc, không ai muốn mua pin thế hệ mới đắt tiền, khi bắt đầu sản xuất. Và bây giờ các nhà sản xuất ô tô điện đang mua chúng theo tấn, và đây mới chỉ là bước khởi đầu. Tôi nghĩ rằng các tụ điện mới sẽ sớm có nhu cầu lớn và nếu chúng không thay thế hoàn toàn pin, chúng sẽ trở thành trợ thủ đáng tin cậy. Chờ và xem. Chúc mọi người may mắn!

Đầu tiên người ta dùng tụ điện để lưu trữ điện năng. Sau đó, khi kỹ thuật điện vượt ra khỏi các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, pin được phát minh, trở thành phương tiện chính để lưu trữ năng lượng điện. Nhưng vào đầu thế kỷ 21, người ta lại đề xuất sử dụng tụ điện để cấp nguồn cho các thiết bị điện. Làm thế nào điều này có thể xảy ra và liệu pin cuối cùng có trở thành dĩ vãng?

Lý do tại sao tụ điện được thay thế bằng pin là do lượng điện lớn hơn nhiều mà chúng có thể lưu trữ. Một lý do khác là trong quá trình phóng điện, điện áp ở đầu ra của pin thay đổi rất ít, do đó không cần bộ điều chỉnh điện áp hoặc có thể có thiết kế rất đơn giản.

Sự khác biệt chính giữa tụ điện và pin là tụ điện trực tiếp lưu trữ điện tích, trong khi pin chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học, lưu trữ nó và sau đó chuyển đổi năng lượng hóa học trở lại thành năng lượng điện.

Khi năng lượng được chuyển đổi, một phần của nó sẽ bị mất đi. Vì vậy, ngay cả những loại pin tốt nhất cũng có hiệu suất không quá 90%, trong khi đối với tụ điện có thể đạt tới 99%. Cường độ của các phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy pin hoạt động kém hơn đáng kể trong thời tiết lạnh hơn so với nhiệt độ phòng. Ngoài ra, các phản ứng hóa học trong pin không phải là hoàn toàn thuận nghịch. Do đó, số lượng chu kỳ sạc-xả nhỏ (theo thứ tự vài nghìn, thường thì tuổi thọ pin là khoảng 1000 chu kỳ sạc-xả), cũng như "hiệu ứng bộ nhớ". Nhớ lại rằng “hiệu ứng bộ nhớ” là pin luôn phải được xả đến một mức năng lượng tích lũy nhất định, khi đó dung lượng của nó mới đạt mức tối đa. Nếu sau khi xả, năng lượng còn lại trong đó nhiều hơn thì dung lượng pin sẽ giảm dần. “Hiệu ứng bộ nhớ” là đặc điểm của hầu hết tất cả các loại pin bán sẵn trên thị trường, ngoại trừ loại pin axit (bao gồm cả các loại pin - gel và AGM). Mặc dù thường được chấp nhận rằng nó không phải là đặc điểm của pin lithium-ion và lithium-polymer, nhưng trên thực tế họ cũng có nó, nó chỉ biểu hiện ở mức độ thấp hơn so với các loại khác. Còn đối với ắc quy axit, ảnh hưởng của quá trình sunfua hóa các tấm pin được thể hiện trong chúng, gây ra những thiệt hại không thể phục hồi cho nguồn điện. Một trong những nguyên nhân là do pin ở trạng thái sạc dưới 50% quá lâu.

Đối với năng lượng thay thế, "hiệu ứng bộ nhớ" và sự sunf hóa tấm là những vấn đề nghiêm trọng. Thực tế là việc cung cấp năng lượng từ các nguồn như tấm pin mặt trời và cối xay gió là rất khó dự đoán. Kết quả là, việc sạc và xả pin diễn ra hỗn loạn, ở chế độ không tối ưu.

Đối với nhịp sống hiện đại, việc pin phải sạc vài tiếng đồng hồ là điều hoàn toàn không thể chấp nhận được. Ví dụ, bạn tưởng tượng như thế nào khi lái xe một quãng đường dài trong một chiếc ô tô điện nếu ắc quy chết sẽ khiến bạn phải đợi vài giờ tại điểm sạc? Tốc độ sạc của pin bị giới hạn bởi tốc độ của các quá trình hóa học diễn ra trong đó. Bạn có thể giảm thời gian sạc xuống còn 1 giờ, nhưng không được vài phút. Đồng thời, tốc độ sạc của tụ điện chỉ bị giới hạn bởi dòng điện tối đa mà bộ sạc có thể cung cấp.

Những nhược điểm được liệt kê của pin khiến việc sử dụng tụ điện thay thế có liên quan.

Sử dụng một lớp điện kép

Trong nhiều thập kỷ, tụ điện có điện dung lớn nhất. Trong đó, một trong các tấm là lá kim loại, tấm còn lại là chất điện phân, và lớp cách nhiệt giữa các tấm là ôxít kim loại, phủ lên lá. Đối với tụ điện, điện dung có thể lên tới hàng trăm farad, không đủ để thay thế hoàn toàn pin.

Điện dung lớn, được đo bằng hàng nghìn farads, cho phép bạn có được tụ điện dựa trên cái gọi là lớp điện kép. Nguyên tắc làm việc của họ như sau. Một lớp điện kép xuất hiện trong những điều kiện nhất định tại ranh giới của các chất trong pha rắn và pha lỏng. Hai lớp ion được hình thành với các điện tích trái dấu, nhưng cùng độ lớn. Nếu chúng ta đơn giản hóa hoàn cảnh, thì một tụ điện được hình thành, các "tấm" trong số đó là các lớp ion được chỉ định, khoảng cách giữa các lớp này bằng một số nguyên tử.

Các tụ điện dựa trên hiệu ứng này đôi khi được gọi là ionistors. Trên thực tế, thuật ngữ này không chỉ dành cho các tụ điện chứa điện tích mà còn dùng cho các thiết bị lưu trữ điện khác - với sự chuyển đổi một phần năng lượng điện thành năng lượng hóa học cùng với sự bảo toàn điện tích (hybrid ionistor), cũng như đối với pin dựa trên lớp điện kép (được gọi là tụ điện giả). Do đó, thuật ngữ "siêu tụ điện" là thích hợp hơn. Đôi khi thuật ngữ giống hệt nhau "siêu tụ điện" được sử dụng để thay thế.

Triển khai kỹ thuật

Siêu tụ điện bao gồm hai tấm than hoạt tính, chứa đầy chất điện phân. Một lớp màng nằm giữa chúng, cho phép chất điện phân đi qua, nhưng ngăn cản chuyển động vật lý của các hạt than hoạt tính giữa các tấm.

Cần lưu ý rằng bản thân siêu tụ điện không có cực. Về cơ bản, chúng khác với tụ điện, mà theo quy luật, được đặc trưng bởi cực tính, không tuân thủ điều này dẫn đến sự cố của tụ điện. Tuy nhiên, phân cực cũng được áp dụng cho siêu tụ điện. Điều này là do siêu tụ điện rời khỏi dây chuyền lắp ráp của nhà máy đã được tích điện, việc đánh dấu có nghĩa là cực của điện tích này.

Các thông số của siêu tụ điện

Điện dung tối đa của một siêu tụ điện riêng lẻ, đạt được tại thời điểm viết bài, là 12.000 F. Đối với siêu tụ điện sản xuất hàng loạt, nó không vượt quá 3.000 F. Điện áp tối đa cho phép giữa các bản cực không vượt quá 10 V. Đối với siêu tụ điện sản xuất hàng loạt. , chỉ số này, theo quy luật, nằm trong khoảng 2, 3 - 2,7 V. Điện áp hoạt động thấp yêu cầu sử dụng bộ chuyển đổi điện áp có chức năng ổn định. Thực tế là trong quá trình phóng điện, điện áp trên các bản tụ điện thay đổi trong một phạm vi rộng. Xây dựng một bộ chuyển đổi điện áp để kết nối tải và bộ sạc không phải là một nhiệm vụ tầm thường. Giả sử bạn cần cấp nguồn cho tải có công suất 60W.

Để đơn giản hóa việc xem xét vấn đề, chúng tôi bỏ qua tổn thất trong bộ chuyển đổi điện áp và bộ ổn định. Trong trường hợp bạn đang làm việc với pin 12 V thông thường, thì thiết bị điện tử điều khiển phải chịu được dòng điện 5 A. Các thiết bị điện tử như vậy phổ biến và rẻ tiền. Nhưng một tình huống hoàn toàn khác lại xảy ra khi sử dụng siêu tụ điện, điện áp của nó là 2,5 V. Khi đó dòng điện chạy qua các thành phần điện tử của bộ chuyển đổi có thể đạt đến 24 A, điều này đòi hỏi cách tiếp cận mới đối với mạch điện và cơ sở phần tử hiện đại. Chính sự phức tạp trong cấu tạo của bộ chuyển đổi và bộ ổn định có thể giải thích thực tế rằng siêu tụ điện, sản xuất nối tiếp được bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ XX, giờ đây chỉ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau.

Siêu tụ điện có thể được kết nối với pin bằng cách sử dụng kết nối nối tiếp hoặc song song. Trong trường hợp đầu tiên, điện áp tối đa cho phép tăng lên. Trong trường hợp thứ hai - công suất. Tăng điện áp tối đa cho phép theo cách này là một cách để giải quyết vấn đề, nhưng bạn sẽ phải trả giá bằng việc giảm điện dung.

Kích thước của siêu tụ điện tự nhiên phụ thuộc vào điện dung của chúng. Một siêu tụ điện 3000 F điển hình là một hình trụ có đường kính khoảng 5 cm và dài 14 cm. Ở 10 F, siêu tụ điện có kích thước bằng móng tay người.

Các siêu tụ điện tốt có khả năng chịu được hàng trăm nghìn chu kỳ sạc - xả, vượt qua pin ở thông số này khoảng 100 lần. Tuy nhiên, cũng giống như tụ điện, siêu tụ điện phải đối mặt với vấn đề lão hóa do chất điện phân rò rỉ dần dần. Cho đến nay, chưa có số liệu thống kê đầy đủ về sự cố của các siêu tụ điện vì lý do này được tích lũy, nhưng theo dữ liệu gián tiếp, tuổi thọ của siêu tụ điện có thể ước tính khoảng 15 năm.

Năng lượng được lưu trữ

Lượng năng lượng được lưu trữ trong một tụ điện, được biểu thị bằng jun:

trong đó C là điện dung, tính bằng farads, U là hiệu điện thế trên các tấm, tính bằng vôn.

Năng lượng tích trữ trong tụ điện, tính bằng kWh, là:

Do đó, một tụ điện có công suất 3000 F với hiệu điện thế giữa các bản là 2,5 V chỉ có thể lưu trữ 0,0026 kWh. Ví dụ, điều này có thể tương quan như thế nào với pin lithium-ion? Nếu chúng ta lấy điện áp đầu ra của nó không phụ thuộc vào mức độ phóng điện và bằng 3,6 V, thì lượng năng lượng 0,0026 kWh sẽ được lưu trữ trong một pin lithium-ion có dung lượng 0,72 Ah. Than ôi, một kết quả rất khiêm tốn.

Ứng dụng của siêu tụ điện

Hệ thống chiếu sáng khẩn cấp là nơi mà việc sử dụng siêu tụ điện thay vì pin là một chiến thắng lớn. Trên thực tế, đối với ứng dụng này, sự phóng điện không đều là đặc trưng. Ngoài ra, mong muốn đèn điện khẩn cấp được sạc nhanh chóng và nguồn điện dự phòng được sử dụng trong đó đáng tin cậy hơn. Nguồn điện dự phòng siêu tụ điện có thể được tích hợp trực tiếp vào đèn LED T8. Những loại đèn như vậy đã được sản xuất bởi một số công ty Trung Quốc.

Như đã nói, sự phát triển của siêu tụ điện phần lớn gắn liền với sự quan tâm đến các nguồn năng lượng thay thế. Nhưng ứng dụng thực tế vẫn còn hạn chế đối với đèn LED nhận năng lượng từ mặt trời.

Một hướng như việc sử dụng siêu tụ điện để khởi động thiết bị điện đang được phát triển tích cực.

Siêu tụ điện có khả năng cung cấp một lượng lớn năng lượng trong một khoảng thời gian ngắn. Bằng cách cấp nguồn cho thiết bị điện khi khởi động bằng siêu tụ điện, bạn có thể giảm tải đỉnh trên lưới điện và cuối cùng là giảm khoảng trống cho dòng điện khởi động, giúp tiết kiệm chi phí rất lớn.

Bằng cách kết hợp một số siêu tụ điện vào một pin, chúng ta có thể đạt được công suất tương đương với pin được sử dụng trong xe điện. Nhưng pin này sẽ nặng gấp mấy lần pin, điều này không thể chấp nhận được đối với các phương tiện giao thông. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách sử dụng siêu tụ điện dựa trên graphene, nhưng cho đến nay chúng chỉ tồn tại dưới dạng nguyên mẫu. Tuy nhiên, một phiên bản đầy hứa hẹn của "Yo-mobile" nổi tiếng, chỉ chạy bằng điện, sẽ sử dụng thế hệ siêu tụ điện mới, đang được các nhà khoa học Nga phát triển, làm nguồn điện.

Các siêu tụ điện cũng sẽ có lợi khi thay thế pin trên những chiếc ô tô thông thường chạy bằng nhiên liệu xăng hoặc dầu diesel - việc sử dụng chúng trong những loại xe như vậy đã trở thành hiện thực.

Cho đến nay, thành công nhất trong số các dự án đã thực hiện để giới thiệu siêu tụ điện có thể được coi là xe đẩy mới do Nga sản xuất, gần đây đã xuất hiện trên đường phố Moscow. Khi nguồn cung cấp điện áp cho mạng lưới tiếp xúc bị gián đoạn hoặc khi các bộ thu dòng điện “bay đi”, xe buýt có thể lái với tốc độ thấp (khoảng 15 km / h) vài trăm mét đến một nơi mà nó sẽ không gây cản trở giao thông. con đường. Nguồn cung cấp năng lượng cho các thao tác như vậy đối với anh ta là một pin siêu tụ điện.

Nói chung, trong khi siêu tụ điện chỉ có thể thay thế pin trong một số "hốc" nhất định. Nhưng công nghệ đang phát triển nhanh chóng, điều này cho phép chúng ta kỳ vọng rằng trong tương lai gần, phạm vi của siêu tụ điện sẽ mở rộng đáng kể.

Alexey Vasiliev

Siêu tụ điện được thiết kế để lắp đặt trên các loại ô tô, nó là một nguồn hiện đại để tích tụ và phát ra năng lượng xung vào đúng thời điểm. Năng lượng này có thể được sử dụng vừa để khởi động động cơ khi ắc quy đã chết hoặc bị đóng băng, vừa để ổn định điện áp của mạng trên xe.

Mô-đun Titan cho phép:

  • cung cấp điện áp cần thiết để khởi động động cơ ở nhiệt độ thấp (lên đến -40 ° C);
  • khởi động động cơ đốt trong bằng một ắc quy đã phóng điện, không có khả năng cung cấp dòng điện khởi động, nhưng có đủ năng lượng để sạc mô-đun siêu tụ điện;
  • khởi động động cơ trên ắc quy đã đóng băng hoặc đã xả bằng bộ làm nóng trước;
  • cung cấp lượng năng lượng xung phù hợp cho hoạt động ổn định của mạng trên bo mạch dưới tải nặng;
  • tăng độ tin cậy khi vận hành, giảm nguy cơ hỏng hóc các phần tử của mạng điện của xe do quá tải;
  • tăng thời lượng pin lên 2-4 lần.

Ổn định điện áp của mạng trên bo mạch ở tải cao

Mô-đun được kết nối song song với pin tiêu chuẩn. Loại kết nối này yêu cầu tình trạng tốt của pin tiêu chuẩn. Nó được sử dụng để ổn định điện áp của mạng trên bo mạch.

Siêu tụ điện sẽ giúp hoạt động của các thiết bị tiêu thụ một lượng lớn năng lượng trong một khoảng thời gian ngắn. Những tải như vậy xảy ra, ví dụ, trong quá trình vận hành các hệ thống âm thanh nghiêm trọng hoặc tời trên xe địa hình. Tải sốc như vậy gây ra hư hỏng cho pin. Do điện trở bên trong thấp hơn và khả năng chịu tải xung, siêu tụ điện cung cấp chế độ hoạt động thoải mái cho pin và kéo dài tuổi thọ sử dụng của nó.

Titan sẽ giúp khởi động động cơ khi trời lạnh. Nhiệt độ dưới -10 ° C ảnh hưởng tiêu cực đến dung lượng pin, có thể dẫn đến sự cố khi khởi động động cơ đốt trong. Điện dung của siêu tụ điện thực tế không thay đổi trong thời tiết lạnh, điều này sẽ cho phép nó luôn cung cấp năng lượng tối đa cho mạch để cuộn bộ khởi động.

Loại kết nối song song, với mô-đun đệm

Tên MSKA-54-16
Điện áp định mức (V) 16
Công suất định mức (F) 54
<10,9
270
Kích thước (mm) Chiều dài 254
Chiều rộng 40
Chiều cao 80
Trọng lượng, kg) 1
Kích thước động cơ (cm 3) Trước 1600
Không có sẵn
Tên MSKA-108-16-K
Điện áp định mức (V) 16
Công suất định mức (F) 108
Nội trở (mΩ) <5,2
Dòng phóng điện tối đa, (A) (xung không quá 1 giây) 540
Kích thước (mm) Chiều dài 254
Chiều rộng 40
Chiều cao 150
Trọng lượng, kg) 2
Công suất động cơ lên đến 2200
Không có sẵn
Tên MSKA-162-16
Điện áp định mức (V) 16
Công suất định mức (F) 162
Nội trở (mΩ) <3,4
Dòng phóng điện tối đa, (A) (xung không quá 1 giây) 800
Kích thước (mm) Chiều dài 244
Chiều rộng 100
Chiều cao 100
Trọng lượng, kg) 2,4
Công suất động cơ Lên đến 3500
Không có sẵn

Khởi động động cơ bằng pin chết

Mô-đun được kết nối nối tiếp với pin tiêu chuẩn và trực tiếp với các cực của bộ khởi động. Tùy chọn này cung cấp điện áp không đổi ở các cực của bộ khởi động, cần thiết cho sự khởi động đáng tin cậy của động cơ đốt trong. Việc sử dụng các mô-đun Titan để kết nối nối tiếp sẽ phù hợp với những xe có số lượng lớn thiết bị bổ sung tiêu thụ điện. Ví dụ: trong taxi, cảnh sát, xe cứu thương, v.v., nơi thiết bị chiếu sáng, bộ đàm và định vị GPS liên tục hoạt động. Hoạt động của thiết bị liên tục làm tiêu hao pin và máy phát điện, với hoạt động liên tục của động cơ đốt trong ở chế độ không tải, không cung cấp đủ điện. Việc sử dụng siêu tụ điện có nội trở thấp, mật độ năng lượng cao và đầu ra năng lượng đáng tin cậy ở nhiệt độ thấp cho phép bắt đầu ở mức sạc pin thấp (từ 9 Volt) và ở nhiệt độ thấp.

Siêu tụ điện cũng sẽ hữu ích cho những chủ xe có lắp đặt hệ thống chuẩn bị cho động cơ đốt trong khởi động trong thời tiết lạnh. Tất cả các bộ hâm nóng sơ bộ đều chạy bằng pin và phóng điện trong quá trình làm nóng, vì vậy có khả năng xảy ra sự cố ngay cả khi động cơ còn ấm.

Các tính năng của hoạt động của mô-đun Titan với bộ làm nóng trước:

  • Đảm bảo khởi động động cơ đốt trong được làm ấm, khi pin được xả bằng máy sưởi;
  • Giảm tải cho pin bị đóng băng.

Bộ khởi động có thể không quay chỉ do bị mài mòn nghiêm trọng và / hoặc pin sạc rất thấp, không thể cung cấp dòng điện cho rơle bộ rút.

Loại kết nối nối tiếp, với bộ chuyển đổi DC-DC

Tên MSKA-108-16-P
Điện áp định mức (V) 16
Công suất định mức (F) 108
Nội trở (mΩ) <5,7
Dòng phóng điện tối đa, (A) (xung không quá 1 giây) 540
Kích thước (mm) Chiều dài 250
Chiều rộng 100
Chiều cao 100
Trọng lượng, kg) 2,4
Công suất động cơ lên đến 2200
Không có sẵn

Tên MSKA-162-16-P
Điện áp định mức (V) 16
Công suất định mức (F) 162
Nội trở (mΩ) <3,8
Dòng phóng điện tối đa, (A) (xung không quá 1 giây) 800
Kích thước (mm) Chiều dài 320
Chiều rộng 100
Chiều cao 100
Trọng lượng, kg) 3
Công suất động cơ Lên đến 3500
Không có sẵn

Khởi động động cơ tự tin và ổn định điện áp của mạng trên bo mạch

Trong trường hợp này, mô-đun bước lên DC-DC được kết nối trực tiếp với bộ khởi động đảm bảo việc khởi động và quay động cơ đốt trong một cách đáng tin cậy và mô-đun đệm được kết nối song song với pin cung cấp rơ le điện từ. Một siêu tụ điện như vậy kết hợp tất cả các ưu điểm của mô-đun với các kiểu kết nối bộ đệm và nối tiếp. Do đó, ngay cả khi pin bị mòn, mức độ ổn định cao nhất của tất cả các thông số của mạng điện trên bo mạch và khởi động động cơ tự tin ở nhiệt độ thấp nhất vẫn được đảm bảo.

Cài đặt mô-đun Titan với kiểu kết nối lai sẽ cho phép:

  • bắt đầu với pin đã xả không thể cung cấp dòng điện khởi động, nhưng có đủ năng lượng để sạc
    siêu tụ điện;
  • phóng ở nhiệt độ thấp;
  • tăng tuổi thọ của pin lên 2-4 lần;
  • khi làm việc kết hợp với bộ làm nóng sơ bộ khởi động, đảm bảo khởi động động cơ đốt trong đã được làm ấm, bộ gia nhiệt đã xả hoặc ắc quy đã đóng băng;
  • cung cấp các thiết bị và hệ thống bổ sung với năng lượng xung, nâng cao độ tin cậy của toàn bộ mạng điện của xe.

Loại kết nối hỗn hợp, với mô-đun đệm và bộ chuyển đổi DC-DC

Tên MSKA-108 / 54-16-PB
Điện áp định mức (V) 16
Dung lượng định mức của pin chính (F) 108
Công suất định mức pin tăng cường (F) 54
Điện trở bên trong của pin chính (mΩ) <5,7
Tăng cường điện trở bên trong pin (mΩ) <11,4
Dòng xả tối đa của pin chính, (A) (xung không quá 1 giây) 540
Dòng xả tối đa của pin tăng cường, (A) (xung không quá 1 giây) 270
Kích thước (mm) Chiều dài 325
Chiều rộng 100
Chiều cao 100
Trọng lượng, kg) 4
Không có sẵn

Ưu điểm chính của siêu tụ điện

  • Mật độ công suất cao Một thiết bị lý tưởng để làm việc với sự thay đổi công suất đột ngột và đáng kể (nhiều lần).
  • Tính ổn định cao. Sạc / xả nhanh (giây).
  • Hiệu quả trong việc phục hồi năng lượng và khởi động động cơ.
  • Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng từ -45 đến 70 ° C.
  • Khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.
  • Tuổi thọ ít nhất 10 năm, lên đến 1 triệu chu kỳ sạc - xả.
  • Không cần thay thế trong thời gian dài.
  • Giảm chi phí vận hành của hệ thống.
  • Độ kín và thân thiện với môi trường.
  • Chi phí sở hữu thấp, không có chi phí vận hành và xử lý.
  • Trọng lượng nhỏ và kích thước nhỏ.
  • Nhiều ứng dụng, tự chủ, di động.
  • Cộng tác với bộ làm nóng sơ bộ.
  • Các thiết bị được chứng nhận theo GOST.

Ví dụ cài đặt của siêu tụ điện

Siêu tụ điện (hay nói cách khác là ionistor) là một thiết bị lưu trữ năng lượng điện, chiếm vị trí chính giữa giữa pin và chất điện phân. Đúng là không giống như chúng, những sản phẩm này nhỏ hơn không thể so sánh được và trông giống như tụ điện thông thường (xem hình bên dưới).

Theo đặc điểm của nó, siêu tụ điện (SC) khác biệt đáng kể so với các sản phẩm điện phân thông thường, vì nó bền hơn và có độ rò rỉ dòng điện thấp hơn. Mục tiêu chính của việc phát triển các sản phẩm này là tạo ra một thế hệ thiết bị lưu trữ năng lượng mới có thể thay thế các loại pin thông thường.

Sự khác biệt về đặc điểm

Ngoài những ưu điểm đã được liệt kê ở trên, siêu tụ điện còn có đặc điểm là dung lượng cụ thể cao hơn pin, cho phép nó được sử dụng làm nguồn điện trong xe điện chẳng hạn. Do đặc tính năng lượng duy nhất, thời gian sạc của tế bào điện phân này giảm đáng kể (cũng có thể nói về khoảng thời gian phóng điện của nó).

Thông tin thêm. Những đặc tính này làm cho nó có thể sử dụng tụ điện dung lượng cao trong các nguồn năng lượng tái tạo hiện đại (pin năng lượng mặt trời, máy phát điện gió, v.v.).

Trong quá trình hoạt động, nó có thể đạt được một chế độ hoạt động kinh tế hơn do khả năng tích lũy năng lượng dư thừa nhận được từ các nguồn năng lượng.

Bên ngoài, siêu tụ điện trông giống như một phần tử thông thường với hai điện cực, được sử dụng thay cho pin.

Giống như pin, nó cũng chứa chất điện phân trong các khoang bên trong, khi tương tác với các tấm pin, nó sẽ tạo ra điện.

Các tính năng thiết kế và nhà sản xuất

Các điện cực của sản phẩm này được làm bằng vật liệu xốp đặc biệt phủ một lớp than hoạt tính mỏng. Là một chế phẩm điện phân, các hỗn hợp có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ được sử dụng. Sự khác biệt chính của nó so với tụ điện thông thường như sau:

  • Giữa các tấm trong sản phẩm này không phải là một lớp điện môi thông thường, mà dày gấp đôi, cho phép bạn có một khoảng cách rất mỏng. Thiết kế này cung cấp khả năng tích lũy điện với khối lượng lớn (công suất điện trong trường hợp này tăng lên đáng kể);
  • Hơn nữa, siêu tụ điện, không giống như các mẫu khác, tích lũy và tiêu thụ điện tích khá nhanh;
  • Do sử dụng một lớp điện môi kép, tổng diện tích của các điện cực tăng lên, trong khi kích thước không đổi. Đồng thời, các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm được cải thiện rõ rệt.

Các tính năng của những tụ điện này, xuất hiện vào năm 1962, cũng nên bao gồm cấu trúc năng lượng của các điện cực của chúng, một trong số đó có độ dẫn điện tử và cái còn lại - cái gọi là "ion". Kết quả là, trong quá trình tích điện, các điện tích trái dấu bị tách ra, dẫn đến sự tích tụ điện thế âm và dương trên các tấm (xem ảnh).

Năm 1971, tập đoàn nổi tiếng của Nhật Bản NEC đã nhận được giấy phép sản xuất những sản phẩm độc đáo này, họ đã thành công trong lĩnh vực kỹ thuật điện vào thời điểm đó. Chính cô ấy là người đã quảng bá và cuối cùng đã phê duyệt một công nghệ độc đáo để sản xuất siêu tụ điện trên thị trường sản phẩm điện tử. Từ những năm 2000, nó đã được làm chủ thành công ở hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển trên thế giới.

Các loại siêu điện phân

Tất cả các mẫu sản phẩm điện phân đã biết của nhóm này được chia thành các loại sau:

  • Cấu trúc tụ điện hai lớp (DSC);
  • Tế bào điện phân lai;
  • Tụ điện giả.

Chúng ta hãy xem xét từng người trong số họ chi tiết hơn một chút.

Cấu trúc hai lớp trong thành phần của chúng có hai điện cực xốp với lớp phủ carbon dẫn điện, được phân tách bằng một chế phẩm đặc biệt (chất phân tách chất điện ly). Quá trình tích lũy năng lượng trong các hình thành này được thực hiện do sự phân tách các điện tích trái dấu, kèm theo sự hình thành các điện thế có biên độ đáng kể trên các điện cực.

Độ lớn của điện tích của các cấu trúc như vậy bị ảnh hưởng đáng kể bởi điện dung của lớp lưu trữ kép, lớp này thực hiện chức năng của một loại tụ điện bề mặt. Giữa chúng, hai hệ thống lưu trữ này được kết nối trong một chuỗi nối tiếp bằng chất điện phân kết hợp chúng.

Thông tin thêm. Trong trường hợp này, nó đóng vai trò của một chất dẫn điện với kiểu dẫn điện ion.

Chất điện phân lai có thể được phân loại là cấu trúc chuyển tiếp chiếm vị trí trung gian giữa pin và tụ điện. Việc lựa chọn tên gọi như vậy cho các sản phẩm này là do các điện cực trong chúng được làm từ các loại vật liệu khác nhau, do đó bản chất của sự tích tụ điện tích có phần khác nhau.

Thông thường, chức năng của cực âm trong chúng được thực hiện bởi một vật liệu có cái gọi là "điện dung giả", và quá trình tích tụ điện tích xảy ra do sự xuất hiện của các phản ứng oxy hóa khử. "Kiến trúc" của các chất điện phân thuộc nhóm này như vậy cho phép bạn tăng tổng điện dung của tụ điện, cũng như mở rộng phạm vi điện áp cho phép.

Các sản phẩm này thường sử dụng sự kết hợp phức tạp của vật liệu điện cực, là sự kết hợp của một loại polyme dẫn điện đặc biệt (hoặc các oxit hỗn hợp). Nghiên cứu đang được tiến hành trên các vật liệu hứa hẹn khác (cụ thể là vật liệu tổng hợp) thu được bằng cách lắng đọng các oxit kim loại trên các gốc cacbon hoặc polyme.

Tụ điện giả có hiệu suất kỹ thuật gần hơn nhiều so với pin có thể sạc lại với hai điện cực trạng thái rắn. Hành động của họ dựa trên sự kết hợp của hai cơ chế sau:

  • Quá trình sạc và xả (tương tự như phản ứng xảy ra trong pin thông thường);
  • Tương tác có bản chất tĩnh điện vốn có trong cấu trúc có lớp điện kép.

Tiền tố "pseudo" có nghĩa là công suất của các phần tử này được xác định không quá nhiều bởi bản chất của các quá trình tĩnh điện mà bởi sự phụ thuộc vào các phản ứng liên quan đến sự chuyển điện tích điện.

Các lĩnh vực sử dụng

Thông thường, các sản phẩm thuộc nhóm này được sử dụng trong các cơ cấu, cụm lắp ráp và mẫu thiết bị sau:

  • Trong các hệ thống có nguồn năng lượng tái tạo cần tích lũy điện thế tích lũy (pin năng lượng mặt trời, máy phát điện gió, v.v.);
  • Trong các phương tiện hiện đại (ví dụ như ô tô điện), cũng như trong các thiết bị khởi động động cơ của ô tô chạy bằng hydro;
  • Do mật độ năng lượng cao và điện dung riêng tăng lên, các sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử (làm nguồn phát xung ngắn hạn và mạnh);
  • Họ cũng có nhu cầu về hệ thống điện liên tục, tận dụng tối đa lợi thế chính của chúng - cung cấp khả năng truyền điện tức thời.

Ghi chú!Điều này cũng nên bao gồm các ngành đang phát triển liên quan đến việc sử dụng các hệ thống điện liên tục trên nhiên liệu tiết kiệm.

Ngoài ra, siêu tụ điện có thể được sử dụng trong các thiết bị sau:

  • Trong hệ thống giảm tải năng lượng, cũng như trong các thiết bị khởi động động cơ điện;
  • Trong các khu phức hợp, hoạt động của nó liên quan đến tải trọng (thiết bị của cảng, bệnh viện, tháp di động, trung tâm ngân hàng, v.v.);
  • Trong các nguồn cung cấp năng lượng dự phòng cho thiết bị PC và hệ thống thu thập dữ liệu (bộ vi xử lý và bộ nhớ), cũng như trong điện thoại di động.

Ưu nhược điểm của sản phẩm tụ bù

Trong số các ưu điểm của các sản phẩm thuộc nhóm này bao gồm:

  • Chi phí cụ thể thấp (trên một đơn vị công suất);
  • Mật độ điện dung cao và hiệu quả của chu kỳ sạc-xả (lên đến 95% và cao hơn);
  • Độ bền, độ bền và thân thiện với môi trường;
  • Các chỉ số tuyệt vời về sức mạnh cụ thể;
  • Phạm vi nhiệt độ đủ rộng mà tại đó chúng có thể hoạt động;
  • Mức phí và mức xả cao nhất có thể cho các sản phẩm trong danh mục này;
  • Khả năng chấp nhận của việc mất hoàn toàn năng lực (thực tế là bằng không).

Một ưu điểm quan trọng khác của SC là kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ (so với các loại sản phẩm điện phân khác).

Trong số những "điểm yếu" vốn có của chúng, tôi muốn lưu ý những thiếu sót sau:

  • Mật độ năng lượng tích lũy tương đối thấp;
  • Điện áp thấp trên một đơn vị điện dung của phần tử;
  • Mức độ tự phóng điện không kiểm soát cao.

Thêm vào đó là công nghệ chưa phát triển đầy đủ để sản xuất các sản phẩm.

Triển vọng ứng dụng

Trong tương lai gần, siêu tụ điện được sử dụng gần như phổ biến sẽ được đưa vào hầu hết các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng (bao gồm ngành y tế, ngành hàng không vũ trụ và thiết bị quân sự).

Đồng thời với sự ra đời của chúng, dung lượng cụ thể của các sản phẩm này ngày càng tăng lên, trong tương lai có thể thay thế hoàn toàn pin bằng tụ điện. Nó cũng phác thảo quá trình tích hợp siêu tụ điện vào các cấu trúc khác nhau của sản xuất điện tử hiện đại, bao gồm sản xuất các phần tử điều khiển và điều tiết.

Kết luận, chúng tôi lưu ý rằng các sản phẩm tụ điện thuộc lớp này có thể thực hiện các cách thân thiện với môi trường để tiết kiệm năng lượng, có nhiều triển vọng hơn tất cả những gì đã biết cho đến nay. Trong tương lai gần, dự kiến ​​sẽ mở rộng hơn nữa phạm vi của những công nghệ này, có thể chiếm lĩnh toàn bộ ngành công nghiệp ô tô, cũng như các thiết bị liên lạc và thiết bị di động.

Video