Superkondensatorë në vend të baterive: pajisja, krahasimi i veçorive, përfitimet e përdorimit, rishikimet

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-19 18:26

Ideja e një kapaciteti të lartë specifik u eksplorua në vitet 1960, por sot ka një valë të re të rritjes së interesit për këtë teknologji, për shkak të kombinimit unik të vetive të performancës së produktit përfundimtar. Sot, në bazë të kësaj teknologjie, prodhohen modifikime të ndryshme të superkondensatorëve dhe ultrakondensatorëve, të cilët mund të konsiderohen fare mirë si një bateri me fuqi të plotë. Konceptet e superkondensatorëve të paraqitur më poshtë tregojnë se konkurrenca e tyre e ardhshme me paketat e baterive (bateritë) konvencionale nuk është aq fantastike.

Çfarë është një superkondensator?

Në thelb, kjo është një bateri elektrokimike e optimizuar, e bërë në formën e një kondensatori kompakt. Edhe me një krahasim të përciptë të pajisjes me një tipikbateri për një makinë, ju mund të theksoni ndryshimin e dukshëm në madhësi, dhe në praktikë, përfitimet do të dalin në sipërfaqe edhe në formën e një jetëgjatësie dhe fuqie më të gjatë shërbimi. Me fjalë të tjera, në vend të baterive mund të përdoren superkondensatorë, megjithëse me disa rezerva për shkak të kufizimeve në aspektin e akumulimit të potencialit të energjisë. Nuanca të tilla ndodhin ende për shkak të papërsosmërisë së zhvillimit teknologjik të jonistorëve, megjithatë, situata po ndryshon nën presionin e tregut me kërkesat e tij në rritje për bateritë.

Dizajn dhe dizajn produkti

Baza e këtij kondensatori formohet nga dy elektroda, ndërmjet të cilave tradicionalisht vendoset mediumi elektrolitik. Dallimet nga bateria mund të vërehen në strukturën e materialeve për prodhimin e elektrodave, pllakat e të cilave janë të veshura me karbon të aktivizuar poroz. Sa i përket elektrolitit, në këtë kapacitet mund të përdoren përzierje organike dhe inorganike. Strukturisht bie në sy edhe zgjidhja teknike e izolimit në strukturën e superkondensatorëve. Në vend të pllakave të aluminit të baterive me një shtresë dielektrike, përdoren përbërës me veti optimale të përçueshmërisë jonike dhe elektronike. Nëse vazhdojmë konceptin e përdorimit të mundshëm të një superkondensatori si bateri, atëherë karboni poroz mund të veprojë mirë si një përcjellës elektronik dhe një tretësirë e acidit sulfurik mund të veprojë si një përcjellës jonik. Në këtë mënyrë, një shtresë optimale e ndarjes së ngarkesës ndërmjet elektrodave mund të sigurohet pa përfshirjen shtesë të izolatorëve të rëndë.

Llojet e superkondensatorëve

Tashmë sot, ekzistojnë disa drejtime në zhvillimin e jonistorëve. Më të dukshmet dhe më premtueset janë llojet e mëposhtme të pajisjeve:

• Kondensatorë me dy shtresa. Modeli standard, i cili përdor elektrodat e sipërpërmendura të bëra nga materiali përçues elektrik dhe një ndarës special përdoret si elektrolit. Akumulimi i potencialit të energjisë ndodh si rezultat i ndarjes së ngarkesës në elektroda.
• Pseudokondensatorë. Një bateri e ringarkueshme e prodhuar nga ky lloj superkondensatori mund të jetë një zgjidhje shumë e suksesshme, pasi ofron mënyra më të avancuara për ruajtjen e energjisë. Së pari, aktivizohet parimi i mekanizmit Faraday që lidhet me proceset e akumulimit të energjisë në bateritë konvencionale. Dhe së dyti, ruhet edhe skema bazë e ndërveprimit elektrostatik ndërmjet elektrodave në një shtresë elektrike të dyfishtë.
• Kondensatorë hibridë. Një koncept i ndërmjetëm që kombinon veçoritë individuale pozitive të baterive dhe kondensatorëve. Pajisjet e tilla zakonisht përdorin një kombinim të elektrodave të bëra nga okside të përziera dhe polimere të dopuara. Zhvillimi i mëtejshëm i këtij drejtimi shoqërohet me përdorimin e materialeve të përbëra të plotësuara me bartës karboni dhe polimere përcjellëse.

Veçoritë kryesore

Sot është e vështirë të flitet për treguesit e performancës të vendosur mirë të jonistorëve, sepseteknologjia po përmirësohet vazhdimisht dhe po rregullohet për përmirësimin e burimeve të rrymës elektrokimike. Por nëse marrim të dhënat mesatare për karakteristikat kryesore të superkondensatorëve, atëherë treguesit specifikë do të duken kështu:

• Koha e karikimit - 1 deri në 10 sekonda
• Numri i cikleve të karikimit është rreth 1 milion, që korrespondon me 30,000 orë.
• Tensioni në qelizën e bllokut - varion nga 2,3 në 2,75 V.
• Intensiteti i energjisë - vlera standarde 5 Wh/kg.
• Fuqia - rreth 10,000 W/kg.
• Qëndrueshmëri - deri në 15 vjet.
• Temperatura e funksionimit -40°C deri në 65°C.

Krahasimi me bateritë konvencionale

Parametrat kryesorë dallues janë shpejtësia e akumulimit të energjisë dhe shkalla e kthimit të ngarkesës elektrike. Për shkak të përdorimit të një shtrese të dyfishtë të potencialit elektrik pranë superkondensatorit me dimensione të ngjashme, zona e sipërfaqes së punës së elektrodave rritet. Kjo do të thotë, mund të flasim për kombinimin e vetive më të mira të baterisë dhe kondensatorit si të tillë. Nëse krahasojmë shpërndarjen e rrymave të baterisë dhe superkondensatorit me ngarkesën, atëherë uniformiteti i vëllimeve të rrymës së konsumuar do të jetë përgjithësisht identik, por me dy korrigjime. Gjatë funksionimit të baterisë, është e mundur të zhvendoset rryma më e madhe drejt elementit të vendosur në pjesën e poshtme të bllokut, dhe në rastin e jonistorëve, në parim, potenciali do të jetë më i vogël për shkak të tensionit të ulët. Gjithashtu, dallimet domethënëse përfshijnë ndryshimin në burimin e punës - superkondensatorët shërbejnë afërsisht 25-30% më gjatë në kohë, për të mos përmendurshkallë më e lartë e cikleve të punës të realizueshme.

Përparësitë e funksionimit të superkondensatorëve

Nëse përgjithësisht marrim parasysh efektet pozitive të përdorimit të superkondensatorëve në vend të baterive, atëherë cilësitë e mëposhtme do të dalin në pah:

• Dendësia e lartë e energjisë e superkondensatorëve i lejon ata të përdoren në pajisjet elektronike si një burim energjie afatshkurtër.
• Siguria mjedisore. Sigurisht, përbërësit elektrokimikë janë ruajtur ende në dizajn, por efektet e tyre toksike janë vazhdimisht në rënie.
• Mundësia e përdorimit të energjisë nga burimet e rinovueshme - era, dielli, uji dhe toka.
• Zgjerimi i mundësive për integrimin strukturor të baterive - për shembull, për mirëmbajtjen e termocentraleve komplekse, makinave elektrike hibride, automjeteve me karburant hidrogjeni, etj.

Vlen të përmenden disa nga avantazhet e një superkondensatori në lidhje me një kondensator konvencional. Ka pak prej tyre, por një kapacitet i madh për ruajtjen e energjisë është thelbësisht i rëndësishëm. Sipas këtij treguesi, jo të gjitha modifikimet e jonistorëve mund të konkurrojnë me bateritë, megjithatë, në krahasim me kondensatorët në parametrin e kapacitetit elektrik, ata fitojnë me besim.

Komente pozitive të superkondensatorëve

Testimet dhe aplikimi i pjesshëm i superkondensatorëve sot ndodhin në një sërë industrish. Siç tregojnë rishikimet për funksionimin e këtyre pajisjeve, ato konfirmojnë deklaratat e prodhuesve për të lartëbesueshmëria, siguria mjedisore dhe kapaciteti i lartë. Ajo që është veçanërisht e rëndësishme nga pikëpamja e krahasimit të superkondensatorëve dhe baterive, të parët nuk janë aq kërkues për të krijuar kushte të veçanta gjatë trajtimit fizik. Kjo është pjesërisht për shkak të të njëjtit toksicitet të ulët të përbërësve, por në një masë më të madhe, ergonomia e funksionimit është për shkak të shkallës së lartë të mbrojtjes së kutisë. Kjo do të thotë, përdoruesi nuk ka nevojë të sigurojë pajisje speciale për mirëmbajtjen e superkondensatorëve në kushte të mbyllura. Pesha e ulët dhe dimensionet e optimizuara e bëjnë gjithashtu më të lehtë kryerjen e operacioneve rutinë të mirëmbajtjes.

Komente negative të superkondensatorëve

Ka edhe dobësi në këtë lloj kondensatorësh, të cilat manifestohen qartë edhe në praktikë. Në veçanti, përdoruesit tregojnë për densitetin e tyre të ulët të energjisë, performancën e ulët dhe nivelin e tensionit jo gjithmonë të mjaftueshëm, gjë që e bën të nevojshme përdorimin e disa elementeve për t'i shërbyer një njësie konsumatore të synuar. Në shumë mënyra, këto mangësi pengojnë sot përdorimin e superkondensatorëve në vend të baterive, megjithëse, përsëri, zhvillimi teknologjik ka më shumë gjasa t'i zgjidhë këto probleme.

Perspektivat për zhvillimin e kondensatorëve

Sipas ekspertëve dhe zhvilluesve të baterive, në të ardhmen e afërt, kondensatorët e gjeneratës së re do të përdoren kudo. Kjo do të bëhet e mundur për shkak të rritjes aktive të kapacitetit specifik të pajisjeve. Është e vlefshmeshtojnë dhe përmirësojnë karakteristikat teknike dhe strukturore të superkondensatorëve, që kanë të bëjnë kryesisht me dimensionet dhe peshën. Në të njëjtën kohë, testet e jonistorëve me fuqi deri në 2,5 mW tashmë po organizohen sot. Në të ardhmen, sisteme të tilla mund të përdoren në mirëmbajtjen e rrjeteve të transportit, objekteve industriale dhe komplekseve të banimit.

Përfundim

Koncepti i superkondensatorit konsiderohet të jetë zgjidhja optimale në situatat kur ekziston një nevojë afatshkurtër për furnizim me energji elektrike me ngarkesë të drejtpërdrejtë. Pjesërisht, kjo është një kontradiktë me idenë e baterive elektrokimike, të cilat fokusohen në mirëmbajtjen afatgjatë të energjisë me parametra të caktuar. Por a është e mundur të përdoret një superkondensator në vend të një baterie në një makinë, duke pasur parasysh këtë veçori operacionale? Me një shkallë të lartë probabiliteti, koncertet e avancuara të automobilave do të përdorin kondensatorë me kapacitet të lartë, por vetëm në versione të veçanta hibride që kombinojnë cilësitë pozitive të superkondensatorëve si të tillë dhe përbërësit elektrokimikë tradicionalë. Për shembull, sot solucione të tilla përdoren në formën e një kombinimi të një strukture elektrokimike plumb-acid dhe një superkondensator.