Supercondensatoren in plaats van batterijen: apparaat, functievergelijking, gebruiksvoordelen, beoordelingen

2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-19 18:13

Het idee van een hoge specifieke capaciteit werd in de jaren zestig onderzocht, maar vandaag is er een nieuwe golf van toegenomen belangstelling voor deze technologie, dankzij de unieke combinatie van prestatie-eigenschappen van het eindproduct. Tegenwoordig worden op basis van deze technologie verschillende modificaties van supercondensatoren en ultracondensatoren geproduceerd, die heel goed als een volwaardige stroombatterij kunnen worden beschouwd. De onderstaande supercondensatorconcepten laten zien dat hun toekomstige concurrentie met conventionele batterijpakketten (batterijen) niet zo fantastisch is.

Wat is een supercondensator?

In wezen is dit een geoptimaliseerde elektrochemische batterij, gemaakt in de vorm van een compacte condensator. Zelfs met een vluchtige vergelijking van het apparaat met een typischeaccu voor een auto kunt u het duidelijke verschil in grootte benadrukken en in de praktijk zullen ook de voordelen naar boven komen in de vorm van een langere levensduur en vermogen. Met andere woorden, supercondensatoren kunnen worden gebruikt in plaats van batterijen, hoewel met enig voorbehoud vanwege beperkingen in termen van accumulatie van energiepotentieel. Dergelijke nuances vinden nog steeds plaats vanwege de imperfectie van de technologische ontwikkeling van ionistoren, maar de situatie verandert onder druk van de markt met zijn groeiende vraag naar batterijen.

Ontwerp en productontwerp

De basis van deze condensator wordt gevormd door twee elektroden, waartussen traditioneel het elektrolytische medium wordt geplaatst. Verschillen met de batterij kunnen worden waargenomen in de structuur van materialen voor de vervaardiging van elektroden, waarvan de platen zijn bedekt met poreuze actieve kool. Wat de elektrolyt betreft, kunnen in deze hoedanigheid organische en anorganische mengsels worden gebruikt. Structureel v alt ook de technische oplossing van isolatie in de structuur van supercondensatoren op. In plaats van batterij aluminium platen met een diëlektrische laag, worden componenten met optimale eigenschappen van ionische en elektronische geleidbaarheid gebruikt. Als we doorgaan met het concept van het mogelijke gebruik van een supercondensator als batterij, dan zou poreuze koolstof heel goed kunnen werken als een elektronische geleider en een oplossing van zwavelzuur zou kunnen werken als een ionische geleider. Op deze manier kan een optimale ladingsscheidingslaag tussen de elektroden worden aangebracht zonder de toevoeging van omvangrijke isolatoren.

Rassen van supercondensator

Er zijn vandaag al verschillende richtingen in de ontwikkeling van ionistors. De meest opvallende en veelbelovende zijn de volgende soorten apparaten:

• Dubbellaags condensatoren. Het standaardmodel, dat gebruik maakt van de bovengenoemde elektroden van elektrisch geleidend materiaal, en een speciale separator wordt gebruikt als elektrolyt. De accumulatie van energiepotentieel vindt plaats als gevolg van ladingsscheiding op de elektroden.
• Pseudocondensatoren. Een oplaadbare batterij gemaakt van dit type supercondensator kan een zeer succesvolle oplossing zijn, omdat het geavanceerdere manieren biedt om energie op te slaan. Ten eerste wordt het principe van het Faraday-mechanisme geactiveerd dat verband houdt met de processen van energieaccumulatie in conventionele batterijen. En ten tweede blijft ook het basisschema van elektrostatische interactie tussen elektroden in een dubbele elektrische laag behouden.
• Hybride condensatoren. Een tussenconcept dat de individuele positieve eigenschappen van batterijen en condensatoren combineert. Dergelijke apparaten gebruiken typisch een combinatie van elektroden gemaakt van gemengde oxiden en gedoteerde polymeren. Verdere ontwikkeling van deze richting hangt samen met het gebruik van composietmaterialen aangevuld met koolstofdragers en geleidende polymeren.

Belangrijkste kenmerken

Vandaag de dag is het moeilijk om te praten over de gevestigde prestatie-indicatoren van ionistors, omdattechnologie wordt voortdurend verbeterd en aangepast voor de verbetering van elektrochemische stroombronnen. Maar als we de gemiddelde gegevens over de belangrijkste kenmerken van supercondensatoren nemen, zien specifieke indicatoren er als volgt uit:

• Oplaadtijd - 1 tot 10 seconden
• Het aantal laadcycli is ongeveer 1 miljoen, wat overeenkomt met 30.000 uur.
• Spanning in de blokcel - bereik van 2,3 tot 2,75 V.
• Energie-intensiteit - standaardwaarde 5 Wh/kg.
• Vermogen - ongeveer 10.000 W/kg.
• Duurzaamheid - tot 15 jaar.
• Bedrijfstemperatuur -40°C tot 65°C.

Vergelijking met conventionele batterijen

De belangrijkste onderscheidende parameters zijn de snelheid van accumulatie van energie en de mate van terugkeer van de elektrische lading. Door het gebruik van een dubbele laag elektrisch potentiaal nabij de supercondensator met vergelijkbare afmetingen, neemt het oppervlak van het werkoppervlak van de elektroden toe. Dat wil zeggen, we kunnen praten over het combineren van de beste eigenschappen van de batterij en de condensator als zodanig. Als we de verdeling van de stromen van de batterij en de supercondensator vergelijken met de belasting, dan zal de uniformiteit van de volumes van de verbruikte stroom over het algemeen identiek zijn, maar met twee correcties. Tijdens de werking van de batterij is het mogelijk om de grootste stroom naar het element in het onderste deel van het blok te verschuiven, en in het geval van ionistoren zal de potentiaal in principe minder zijn vanwege de lage spanning. Belangrijke verschillen zijn ook het verschil in de werkbron - supercondensatoren gaan ongeveer 25-30% langer mee, om nog maar te zwijgen vanhoger aantal uitvoerbare werkcycli.

Voordelen van werkende supercondensatoren

Als we over het algemeen kijken naar de positieve effecten van het gebruik van supercondensatoren in plaats van batterijen, dan komen de volgende eigenschappen naar voren:

• Door de hoge energiedichtheid van supercondensatoren kunnen ze worden gebruikt in elektronische apparaten als een kortetermijnstroombron.
• Milieuveiligheid. Natuurlijk blijven elektrochemische componenten in het ontwerp behouden, maar hun toxische effecten nemen voortdurend af.
• Mogelijkheid om energie uit hernieuwbare bronnen te gebruiken - wind, zon, water en land.
• Uitbreiding van mogelijkheden voor structurele integratie van batterijen - bijvoorbeeld voor onderhoud van complexe energiecentrales, hybride elektrische machines, voertuigen op waterstof, enz.

Het is vermeldenswaard enkele voordelen van een supercondensator ten opzichte van een conventionele condensator. Er zijn er weinig, maar een grote capaciteit voor energieopslag is van fundamenteel belang. Volgens deze indicator kunnen niet alle modificaties van ionistors concurreren met batterijen, maar in vergelijking met condensatoren in de elektrische capaciteitsparameter winnen ze vol vertrouwen.

Positieve beoordelingen van supercondensatoren

Testen en gedeeltelijke toepassing van supercondensatoren vinden tegenwoordig plaats in verschillende industrieën. Zoals de beoordelingen over de werking van deze apparaten laten zien, bevestigen ze de verklaringen van fabrikanten over de hogebetrouwbaarheid, milieuveiligheid en hoge capaciteit. Wat vooral belangrijk is vanuit het oogpunt van het vergelijken van supercondensatoren en batterijen, de eerste zijn niet zo veeleisend om speciale omstandigheden te creëren tijdens fysieke behandeling. Dit is deels te danken aan dezelfde lage toxiciteit van de componenten, maar in grotere mate is de ergonomie van de bediening te danken aan de hoge mate van bescherming van de behuizing. Dat wil zeggen, de gebruiker hoeft geen speciale apparaten te leveren voor het onderhoud van supercondensatoren in afgesloten omstandigheden. Het lage gewicht en de geoptimaliseerde afmetingen maken het ook gemakkelijker om routineonderhoudswerkzaamheden uit te voeren.

Negatieve beoordelingen van supercondensatoren

Er zijn ook zwakke punten in dit soort condensatoren, die zich in de praktijk ook duidelijk manifesteren. Gebruikers wijzen met name op hun lage energiedichtheid, lage prestaties en niet altijd voldoende spanningsniveau, waardoor het nodig is om verschillende elementen te gebruiken om één doelverbruiker te bedienen. In veel opzichten verhinderen deze tekortkomingen tegenwoordig het gebruik van supercondensatoren in plaats van batterijen, hoewel de kans groter is dat technologische ontwikkeling deze problemen oplost.

Vooruitzichten voor de ontwikkeling van condensatoren

Volgens experts en ontwikkelaars van batterijen zullen in de nabije toekomst overal nieuwe generatie condensatoren worden gebruikt. Dit wordt mogelijk door het actief vergroten van de specifieke capaciteit van apparaten. Het is het waardtoevoegen en verbeteren van de technische en structurele kenmerken van supercondensatoren, die voornamelijk betrekking hebben op afmetingen en gewicht. Tegelijkertijd worden er vandaag al tests georganiseerd met ionistoren met een vermogen tot 2,5 mW. In de toekomst kunnen dergelijke systemen worden gebruikt bij het onderhoud van transportnetwerken, industriële voorzieningen en wooncomplexen.

Conclusie

Het supercondensatorconcept wordt beschouwd als de optimale oplossing in situaties waar er op korte termijn behoefte is aan stroomvoorziening met live-charge. Voor een deel is dit in tegenspraak met het idee van elektrochemische batterijen, die gericht zijn op langdurig behoud van vermogen met bepaalde parameters. Maar is het mogelijk om een supercondensator te gebruiken in plaats van een batterij in een auto, gezien deze operationele functie? Met een hoge mate van waarschijnlijkheid zullen geavanceerde autofabrikanten condensatoren met hoge capaciteit gebruiken, maar alleen in speciale hybride versies die de positieve eigenschappen van supercondensatoren als zodanig combineren met traditionele elektrochemische componenten. Tegenwoordig worden dergelijke oplossingen bijvoorbeeld gebruikt in de vorm van een combinatie van een elektrochemische loodzuurstructuur en een supercondensator.