Piller yerine süper kapasitörler: cihaz, özellik karşılaştırması, kullanım faydaları, incelemeler

2024 Yazar: Erin Ralphs | [email protected]. Son düzenleme: 2024-02-19 19:50

Yüksek spesifik kapasitans fikri 1960'larda keşfedildi, ancak bugün nihai ürünün performans özelliklerinin benzersiz kombinasyonu nedeniyle bu teknolojiye artan ilgi dalgası var. Bugün, bu teknoloji temelinde, tam teşekküllü bir güç pili olarak kabul edilebilecek süper kapasitörlerin ve ultra kapasitörlerin çeşitli modifikasyonları üretilmektedir. Aşağıda gösterilen süper kapasitör konseptleri, geleneksel pil paketleri (piller) ile gelecekteki rekabetlerinin o kadar da harika olmadığını gösteriyor.

Süper kapasitör nedir?

Özünde bu, kompakt bir kapasitör şeklinde yapılmış optimize edilmiş bir elektrokimyasal pildir. Tipik bir cihazla üstünkörü bir karşılaştırma ile bilebir araba için pil, boyuttaki bariz farkı vurgulayabilirsiniz ve pratikte faydalar daha uzun hizmet ömrü ve güç şeklinde yüzeye çıkacaktır. Başka bir deyişle, enerji potansiyeli birikimi açısından sınırlamalar nedeniyle bazı çekincelerle birlikte piller yerine süper kapasitörler kullanılabilir. İyonistörlerin teknolojik gelişiminin kusurlu olması nedeniyle bu tür nüanslar hala ortaya çıkıyor, ancak piller için artan gereksinimlerle birlikte pazarın baskısı altında durum değişiyor.

Tasarım ve ürün tasarımı

Bu kapasitörün temeli, geleneksel olarak elektrolitik ortamın aralarına yerleştirildiği iki elektrottan oluşur. Pilden farklılıklar, plakaları gözenekli aktif karbon ile kaplanmış elektrot üretimi için malzemelerin yapısında gözlemlenebilir. Elektrolit olarak ise bu kapasitede organik ve inorganik karışımlar kullanılabilir. Yapısal olarak, süper kapasitörlerin yapısındaki izolasyonun teknik çözümü de öne çıkıyor. Dielektrik katmana sahip pil alüminyum plakaları yerine, iyonik ve elektronik iletkenliğin optimal özelliklerine sahip bileşenler kullanılır. Bir süperkapasitörün pil olarak olası kullanımı kavramına devam edersek, gözenekli karbon elektronik bir iletken gibi davranabilir ve bir sülfürik asit çözeltisi iyonik bir iletken olarak işlev görebilir. Bu şekilde, ilave hacimli yalıtkanlar dahil edilmeden elektrotlar arasında optimal bir yük ayırma tabakası sağlanabilir.

Süper kapasitör çeşitleri

Zaten bugün, iyonistörlerin geliştirilmesinde birkaç yön var. En dikkat çekici ve umut verici olanlar aşağıdaki cihaz türleridir:

• Çift katmanlı kapasitörler. Elektrolit olarak, elektriği ileten malzemeden yapılmış yukarıda bahsedilen elektrotlar ve özel bir ayırıcı kullanılan standart modeldir. Elektrotlar üzerindeki yük ayrımının bir sonucu olarak enerji potansiyeli birikimi meydana gelir.
• Sahte kapasitörler. Bu tür bir süper kapasitörden yapılan şarj edilebilir bir pil, enerji depolamak için daha gelişmiş yollar sunduğundan çok başarılı bir çözüm olabilir. İlk olarak, geleneksel pillerde enerji biriktirme süreçleriyle ilişkili Faraday mekanizması ilkesi etkinleştirilir. İkinci olarak, bir çift elektrik katmanındaki elektrotlar arasındaki elektrostatik etkileşimin temel şeması da korunur.
• Hibrit kapasitörler. Pillerin ve kapasitörlerin bireysel olumlu özelliklerini birleştiren bir ara konsept. Bu tür cihazlar tipik olarak karışık oksitlerden ve katkılı polimerlerden yapılan elektrotların bir kombinasyonunu kullanır. Bu yönün daha da geliştirilmesi, karbon taşıyıcılar ve iletken polimerler ile takviye edilmiş kompozit malzemelerin kullanımı ile ilişkilidir.

Temel Özellikler

Bugün iyonistörlerin yerleşik performans göstergelerinden bahsetmek zordur, çünküteknoloji sürekli olarak geliştirilmekte ve elektrokimyasal akım kaynaklarının iyileştirilmesi için ayarlanmaktadır. Ancak süper kapasitörlerin temel özelliklerine ilişkin ortalama verileri alırsak, belirli göstergeler şöyle görünecektir:

• Şarj süresi - 1 ila 10 saniye
• Şarj döngüsü sayısı yaklaşık 1 milyondur, bu da 30.000 saate tekabül eder.
• Blok hücresindeki voltaj - 2,3 ila 2,75 V aralığındadır.
• Enerji yoğunluğu - standart değer 5 Wsa/kg.
• Güç - yaklaşık 10.000 W/kg.
• Dayanıklılık - 15 yıla kadar.
• Çalışma Sıcaklığı -40°C ila 65°C.

Geleneksel pillerle karşılaştırma

Temel ayırt edici parametreler, enerji birikim hızı ve elektrik yükünün geri dönüş derecesidir. Benzer boyutlara sahip süper kapasitör yakınında çift katmanlı bir elektrik potansiyeli kullanılması nedeniyle, elektrotların çalışma yüzeyinin alanı artar. Yani pilin ve kapasitörün en iyi özelliklerini bu şekilde birleştirmekten bahsedebiliriz. Pil ve süper kapasitör akımlarının yüke dağılımını karşılaştırırsak, tüketilen akımın hacimlerinin tekdüzeliği genellikle aynı olacaktır, ancak iki düzeltme ile. Pilin çalışması sırasında, en büyük akımı bloğun alt kısmında bulunan elemana doğru kaydırmak mümkündür ve iyonistörler söz konusu olduğunda, düşük voltaj nedeniyle prensip olarak potansiyel daha az olacaktır. Ayrıca, önemli farklılıklar, çalışma kaynağındaki farkı içerir - süper kapasitörler, zaman içinde yaklaşık% 25-30 daha uzun hizmet eder, bahsetmeye gerek yokdaha yüksek yapılabilir görev döngüsü oranı.

Süper kapasitör çalıştırmanın avantajları

Pil yerine süperkapasitör kullanmanın olumlu etkilerini genel olarak düşünürsek, aşağıdaki nitelikler ön plana çıkacaktır:

• Süper kapasitörlerin yüksek enerji yoğunluğu, elektronik cihazlarda kısa süreli güç kaynağı olarak kullanılmalarına olanak tanır.
• Çevre güvenliği. Tabii ki, elektrokimyasal bileşenler tasarımda hala korunuyor, ancak toksik etkileri sürekli azalıyor.
• Yenilenebilir kaynaklardan gelen enerjiyi kullanma imkanı - rüzgar, güneş, su ve toprak.
• Pillerin yapısal entegrasyonu için fırsatların genişletilmesi - örneğin, karmaşık enerji santrallerinin, hibrit elektrikli makinelerin, hidrojen yakıtlı araçların vb. bakımı için.

Geleneksel bir kapasitöre göre süper kapasitörlerin bazı avantajlarını belirtmekte fayda var. Birkaç tane var, ancak enerji depolama için büyük bir kapasite temelde önemlidir. Bu göstergeye göre, iyonistörlerin tüm modifikasyonları pillerle rekabet edemez, ancak elektrik kapasitesi parametresindeki kapasitörlerle karşılaştırıldığında güvenle kazanırlar.

Süper kapasitörler hakkında olumlu yorumlar

Süper kapasitörlerin testi ve kısmi uygulaması günümüzde çeşitli endüstrilerde gerçekleşmektedir. Bu cihazların çalışmasıyla ilgili incelemelerin gösterdiği gibi, üreticilerin yüksek ile ilgili açıklamalarını doğrularlar.güvenilirlik, çevre güvenliği ve yüksek kapasite. Süper kapasitörleri ve pilleri karşılaştırma açısından özellikle önemli olan, birincisi fiziksel kullanım sırasında özel koşullar yaratmak için çok talepkar değildir. Bu kısmen, bileşenlerin aynı düşük toksisitesinden kaynaklanmaktadır, ancak daha büyük ölçüde, çalışma ergonomisi, kasanın yüksek derecede korunmasından kaynaklanmaktadır. Yani, kullanıcının süper kapasitörlerin sızdırmaz koşullarda bakımı için özel cihazlar sağlamasına gerek yoktur. Düşük ağırlık ve optimize edilmiş boyutlar, rutin bakım işlemlerini gerçekleştirmeyi de kolaylaştırır.

Süper kapasitörler hakkında olumsuz yorumlar

Bu tür kapasitörlerde de uygulamada açıkça görülen zayıflıklar vardır. Özellikle, kullanıcılar düşük enerji yoğunluğuna, düşük performansa ve her zaman yeterli voltaj seviyesine işaret etmemektedir, bu da tek bir hedef tüketici birimine hizmet etmek için birkaç elemanın kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Birçok yönden, bu eksiklikler günümüzde piller yerine süper kapasitörlerin kullanılmasını engellemektedir, ancak yine de teknolojik gelişmenin bu sorunları çözmesi daha olasıdır.

Kondansatörlerin geliştirilmesi için beklentiler

Pil uzmanlarına ve geliştiricilerine göre yakın gelecekte yeni nesil kapasitörler her yerde kullanılacak. Bu, cihazların spesifik kapasitesindeki aktif artış nedeniyle mümkün olacaktır. Buna değeröncelikle boyutlar ve ağırlıkla ilgili olan süper kapasitörlerin teknik ve yapısal özelliklerini eklemek ve geliştirmek. Aynı zamanda, bugün 2,5 mW'a kadar güce sahip iyonistör testleri düzenleniyor. Gelecekte, bu tür sistemler ulaşım ağlarının, endüstriyel tesislerin ve konut komplekslerinin bakımında kullanılabilir.

Sonuç

Süper kapasitör konsepti, canlı şarjlı kısa süreli güç kaynağına ihtiyaç duyulan durumlarda en uygun çözüm olarak kabul edilir. Kısmen bu, belirli parametrelerle uzun süreli güç bakımına odaklanan elektrokimyasal piller fikriyle çelişiyor. Ancak bu operasyonel özellik göz önüne alındığında, arabada pil yerine süper kapasitör kullanmak mümkün müdür? Yüksek bir olasılık derecesi ile, gelişmiş otomatik endişeler, yüksek kapasiteli kapasitörler kullanacak, ancak yalnızca süper kapasitörlerin olumlu niteliklerini ve geleneksel elektrokimyasal bileşenleri birleştiren özel hibrit versiyonlarda kullanılacaktır. Örneğin, günümüzde bu tür çözümler, bir elektrokimyasal kurşun-asit yapısı ve bir süper kapasitör kombinasyonu şeklinde kullanılmaktadır.