Увод у суперкондензаторе

Кондензатор је пасивна компонента са два терминала, која се широко користи у електроници. Готово сваки склоп који пронађемо у електроници користи један или више кондензатора за различите намене. Кондензатори су најчешће коришћена електроничка компонента након отпорника. Имају посебну способност да чувају енергију. На тржишту су доступни различити типови кондензатора, али онај који је у последње време све популарнији и који у будућности обећава замену или алтернативу батерија, су суперкондензатори или познати и као ултракондензатори. Суперкондензатор није ништа друго до кондензатор великог капацитета са вредностима капацитивности много вишим од нормалних кондензатора, али нижим ограничењима напона. Може да ускладишти 10 до 100 пута више енергије по јединици запремине или масе од електролитичких кондензатора, може да прими и испоручи наелектрисање много брже батерије, и толеришу више циклуса пуњења-пражњења од пуњивих батерија.

Суперкондензатори или ултракондензатори су нова технологија складиштења енергије која је у великој мери развијена у модерно доба. Суперкондензатори пружају значајне индустријске и економске користи

Капацитет кондензатора мери се у Фарад-у (Ф), попут.1уФ (микрофарад), 1мФ (милифарад). Међутим, иако су кондензатори ниже вредности прилично уобичајени у електроници, такође су на располагању и кондензатори врло велике вредности који складиште енергију у много већој густини и доступни су у врло високој вредности капацитивности, вероватно у Фараду.

На горњој слици приказана је локално доступна слика супер кондензатора од 2,7 В, 1 Фарад. Напон је знатно нижи, али је капацитет горњег кондензатора прилично висок.

Предности супер-кондензатора или ултра-кондензатора

Потражња за суперкондензаторима расте из дана у дан. Главни разлог за брзи развој и потражњу је због многих других предности суперкондензатора, а неколико њих је наведено у наставку:

• Пружа веома добар животни век од око 1 милион циклуса пуњења.
• Радна температура је од -50 до готово 70 степени, што га чини погодним за употребу у потрошачким апликацијама.
• Велика густина снаге до 50 пута, што се постиже батеријама.
• Штетни материјали, токсични метали нису део производног процеса супер кондензатора или ултракондензатора, што га чини сертификованим као компонента за једнократну употребу.
• Ефикаснији је од батерија.
• Не захтева одржавање у поређењу са батеријама.

Суперкондензатори складиште енергију у његовом електричном пољу, али у случају батерија користе хемијска једињења за складиштење енергије. Такође, због своје способности брзог пуњења и пражњења, суперкондензатори полако улазе на тржиште батерија. Низак унутрашњи отпор са врло високом ефикасношћу, без трошкова одржавања, дужи век трајања главни су разлог велике потражње на савременом тржишту енергије.

Енергије у кондензатору

А кондензатор сторе енергије у виду К = Ц к В. К означава наелектрисање у кулонима, Ц капацитивност у Фарадима, а В напон у волтима. Дакле, ако повећамо капацитет, повећаће се и ускладиштена енергија К.

Јединица капацитивности је Фарад (Ф) која је названа по М. Фарадаи-у. Фарад је јединица капацитивности у односу на кулон / волт. Ако кажемо кондензатор са 1 Фарадом, онда ће створити 1-волтну потенцијалну разлику између његових плоча у зависности од набоја од 1 кулона.

1 Фарад је кондензатор врло велике вредности који се користи као општа електронска компонента. Генерално се у електроници користи капацитивност микрофарад до Пицо фарад. Микрофарад се означава као уФ (1/1 000 000 Фарад или 10 ^-6 Ф), нано фарад као нФ (1/1 000 000 000 или 10 ^-9 Ф), а Пицо фарад као пФ (1/1 000 000 000 000 или10 ^-12 Ф)

Ако вредност постане много већа, попут мФ за неколико Фарада (генерално <10Ф), значи да кондензатор може задржати много више енергије између својих плоча, тај кондензатор се назива ултра кондензатор или супер кондензатор.

Енергије ускладиштене у кондензатору су Е = ½ ЦВ ² џула. Е је ускладиштена енергија у џулима, Ц је капацитет у Фараду и В је потенцијална разлика између плоча.

Изградња

Суперкондензатор је електрохемијски уређај. Занимљиво је да не постоје хемијске реакције које су одговорне за складиштење његових електричних енергија. Они имају јединствену конструкцију, са великом проводном плочом или електродом, који су у непосредној близини са врло малом површином. Његова конструкција је иста као електролитски кондензатор са течним или влажним електролитом између електрода. Овде можете научити о различитим врстама кондензатора.

Суперкондензатор делује као електростатички уређај који складишти своју електричну енергију као електрично поље између проводних електрода.

Електроде, црвена и плава, пресвучене су двострано. Обично су израђени од графитног угљеника у облику угљеничних наноцеви или гелова или посебне врсте проводљивих активних угљеника.

Да би се блокирао велики проток електрона између електрода и пролазак позитивног јона, користи се порозна мембрана од папира. Папирна мембрана такође одваја електроде. Као што видимо на горњој слици, порозна мембрана од папира налази се у средини зелене боје. Електроде и сепаратор папира импрегнирани су течним електролитом. Алуминијумска фолија се користи као колектор струје који успоставља електричну везу.

Раздвојна плоча и површина плоча одговорни су за вредност капацитивности кондензатора. Однос се може означити као

Где је Ɛ пропустност материјала присутног између плоча

А је површина плоче

Д је раздвајање између плоча

Дакле, у случају суперкондензатора, контактну површину је потребно повећати, али постоји ограничење. Не можемо повећати физички облик или величину кондензатора. Да би се превазишло ово ограничење користе се посебни типови електролита за повећање проводљивости између плоча повећавајући на тај начин капацитет.

Суперкондензатори се називају и двослојни кондензатори. Иза тога постоји разлог. Веома мало раздвајање и велика површина помоћу посебног електролита, површински слој електролитских јона чини двоструки слој. Ствара конструкцију од два кондензатора, по један на свакој угљеничној електроди и назван је двослојни кондензатор.

Ове конструкције имају недостатак. Напон на кондензатору је постао врло низак због напона распадања електролита. Напон у великој мери зависи од материјала електролита, материјал може ограничити капацитет складиштења електричне енергије кондензатора. Дакле, због ниског напона на прикључку, суперкондензатор се може повезати у серију за складиштење електричног наелектрисања на корисном нивоу напона. Због тога суперандензатори у серији производе већи напон него што је уобичајено, а паралелно с тим капацитивност постаје већа. То се може јасно разумети доњом техником конструкције низа суперкондензатора.

Конструкција низа суперкондензатора

Да би се пуњење складиштило на корисном потребном напону, суперкондензатори морају бити повезани редно. А за повећање капацитета требају бити паралелно повезани.

Погледајмо конструкцију низа суперкондензатора.

На горњој слици напон ћелије једне ћелије или кондензатора означен је као Цв, док је капацитет појединачне ћелије означен као Цц. Опсег напона суперкондензатора је од 1В до 3В, серијски прикључци повећавају напон и више кондензатора паралелно повећава капацитет.

Ако креирамо низ, напон у серији ће бити

Укупни напон = напон ћелије (Цв) к Број редова

А капацитет паралелно биће

Укупни капацитет = Капацитет ћелије (Цц) к (Број колоне / број реда)

Пример

Морамо да направимо резервни уређај за складиштење, а за то је потребан супер или суперкондензатор од 2.5Ф са оценом 6В.

Ако треба да створимо низ помоћу 1Ф кондензатора са 3В оценом, која ће онда бити величина низа и количине кондензатора?

Укупни напон = напон ћелије к број реда Тада је број реда = 6/3 број реда = 2

Значи да ће два кондензатора у серији имати 6В потенцијалне разлике.

Сад, капацитет, Укупни капацитет = Капацитет ћелије к (Број колоне / Број реда) Затим, Колономов број = (2,5 к 2) / 1

Дакле, требају нам 2 реда и 5 колона.

Конструишимо низ,

Укупна енергија ускладиштена у низу је

Суперкондензатори добро чувају енергију и тамо где је потребно брзо пуњење или пражњење. Широко се користи као резервни уређај, где је потребно резервно напајање или брзо пражњење. Даље се користе у штампачима, аутомобилима и разним питким електроничким уређајима.