Supercapacitors sa halip na mga baterya: device, paghahambing ng feature, mga benepisyo ng paggamit, mga review

2024 May -akda: Erin Ralphs | [email protected]. Huling binago: 2024-02-19 19:30

Ang ideya ng isang mataas na tiyak na kapasidad ay ginalugad noong 1960s, ngunit ngayon ay may isang bagong alon ng pagtaas ng interes sa teknolohiyang ito, dahil sa natatanging kumbinasyon ng mga katangian ng pagganap ng huling produkto. Ngayon, sa batayan ng teknolohiyang ito, ang iba't ibang mga pagbabago ng supercapacitors at ultracapacitors ay ginawa, na maaaring maituring na isang ganap na baterya ng kuryente. Ang mga konsepto ng supercapacitor na ipinapakita sa ibaba ay nagpapakita na ang kanilang kumpetisyon sa hinaharap sa mga kumbensyonal na battery pack (mga baterya) ay hindi napakaganda.

Ano ang supercapacitor?

Sa esensya, ito ay isang na-optimize na electrochemical na baterya, na ginawa sa anyo ng isang compact capacitor. Kahit na may isang mabilis na paghahambing ng aparato na may isang tipikalbaterya para sa isang kotse, maaari mong i-highlight ang malinaw na pagkakaiba sa laki, at sa pagsasanay, ang mga benepisyo ay lalabas din sa anyo ng mas mahabang buhay ng serbisyo at kapangyarihan. Sa madaling salita, ang mga supercapacitor ay maaaring gamitin sa halip na mga baterya, kahit na may ilang mga reserbasyon dahil sa mga limitasyon sa mga tuntunin ng potensyal na akumulasyon ng enerhiya. Nagaganap pa rin ang ganitong mga nuances dahil sa di-kasakdalan ng teknolohikal na pag-unlad ng mga ionistor, gayunpaman, nagbabago ang sitwasyon sa ilalim ng presyon ng merkado kasama ang lumalaking pangangailangan nito para sa mga baterya.

Disenyo at disenyo ng produkto

Ang batayan ng kapasitor na ito ay nabuo sa pamamagitan ng dalawang electrodes, kung saan tradisyonal na inilalagay ang electrolytic medium. Ang mga pagkakaiba mula sa baterya ay maaaring maobserbahan sa istraktura ng mga materyales para sa paggawa ng mga electrodes, ang mga plato na kung saan ay pinahiran ng porous activated carbon. Tulad ng para sa electrolyte, ang mga organic at inorganic na mixtures ay maaaring gamitin sa kapasidad na ito. Sa istruktura, ang teknikal na solusyon ng pagkakabukod sa istraktura ng mga supercapacitor ay nakatayo din. Sa halip na mga aluminum plate ng baterya na may dielectric layer, ginagamit ang mga bahagi na may pinakamainam na katangian ng ionic at electronic conductivity. Kung ipagpapatuloy natin ang konsepto ng posibleng paggamit ng isang supercapacitor bilang isang baterya, kung gayon ang porous na carbon ay maaaring kumilos bilang isang electronic conductor, at ang isang solusyon ng sulfuric acid ay maaaring kumilos bilang isang ionic conductor. Sa ganitong paraan, maaaring magbigay ng pinakamainam na layer ng paghihiwalay ng singil sa pagitan ng mga electrodes nang walang karagdagang pagsasama ng malalaking insulator.

Mga uri ng supercapacitor

Sa ngayon, may ilang direksyon sa pagbuo ng mga ionistor. Ang pinakakapansin-pansin at maaasahan ay ang mga sumusunod na uri ng device:

• Double layer capacitor. Ang karaniwang modelo, na gumagamit ng nabanggit na mga electrodes na gawa sa electrically conductive material, at isang espesyal na separator ay ginagamit bilang isang electrolyte. Ang akumulasyon ng potensyal ng enerhiya ay nangyayari bilang resulta ng paghihiwalay ng singil sa mga electrodes.
• Pseudocapacitors. Ang isang rechargeable na baterya na ginawa mula sa ganitong uri ng supercapacitor ay maaaring maging isang napakatagumpay na solusyon, dahil nag-aalok ito ng mas advanced na mga paraan upang mag-imbak ng enerhiya. Una, ang prinsipyo ng mekanismo ng Faraday na nauugnay sa mga proseso ng akumulasyon ng enerhiya sa mga maginoo na baterya ay isinaaktibo. At pangalawa, ang pangunahing pamamaraan ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic sa pagitan ng mga electrodes sa isang double electric layer ay napanatili din.
• Hybrid capacitors. Isang intermediate na konsepto na pinagsasama ang mga indibidwal na positibong katangian ng mga baterya at capacitor. Ang mga naturang device ay karaniwang gumagamit ng kumbinasyon ng mga electrodes na ginawa mula sa mga pinaghalong oxide at doped polymers. Ang karagdagang pag-unlad ng direksyong ito ay nauugnay sa paggamit ng mga composite na materyales na pupunan ng mga carbon carrier at conductive polymers.

Mga Pangunahing Tampok

Ngayon ay mahirap pag-usapan ang mga mahusay na naitatag na tagapagpahiwatig ng pagganap ng mga ionistor, dahilpatuloy na pinapabuti ang teknolohiya, at inaayos para sa pagpapabuti ng electrochemical current sources. Ngunit kung kukunin natin ang average na data sa mga pangunahing katangian ng mga supercapacitor, ang mga partikular na tagapagpahiwatig ay magiging ganito:

• Tagal ng pag-charge - 1 hanggang 10 segundo
• Ang bilang ng mga cycle ng pagsingil ay humigit-kumulang 1 milyon, na katumbas ng 30,000 oras.
• Voltage sa block cell - mula 2.3 hanggang 2.75 V.
• Energy intensity - karaniwang value 5 Wh/kg.
• Power - humigit-kumulang 10,000 W/kg.
• Durability - hanggang 15 taon.
• Temperatura ng Operating -40°C hanggang 65°C.

Paghahambing sa mga karaniwang baterya

Ang pangunahing nagpapakilalang mga parameter ay ang rate ng akumulasyon ng enerhiya at ang antas ng pagbabalik ng electric charge. Dahil sa paggamit ng isang dobleng layer ng potensyal na kuryente malapit sa supercapacitor na may katulad na mga sukat, ang lugar ng gumaganang ibabaw ng mga electrodes ay tumataas. Iyon ay, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa pagsasama-sama ng pinakamahusay na mga katangian ng baterya at ang kapasitor bilang tulad. Kung ihahambing natin ang pamamahagi ng mga alon ng baterya at ang supercapacitor sa pag-load, kung gayon ang pagkakapareho ng mga volume ng natupok na kasalukuyang ay karaniwang magkapareho, ngunit may dalawang pagwawasto. Sa panahon ng pagpapatakbo ng baterya, posible na ilipat ang pinakamalaking kasalukuyang patungo sa elemento na matatagpuan sa ibabang bahagi ng bloke, at sa kaso ng mga ionistor, sa prinsipyo, ang potensyal ay magiging mas mababa dahil sa mababang boltahe. Gayundin, ang mga makabuluhang pagkakaiba ay kinabibilangan ng pagkakaiba sa mapagkukunang nagtatrabaho - ang mga supercapacitor ay nagsisilbi ng humigit-kumulang 25-30% na mas mahaba sa oras, hindi sa banggitinmas mataas na rate ng mga doable duty cycle.

Mga kalamangan ng pagpapatakbo ng mga supercapacitor

Kung karaniwang isasaalang-alang natin ang mga positibong epekto ng paggamit ng mga supercapacitor sa halip na mga baterya, ang mga sumusunod na katangian ay mauuna:

• Ang mataas na density ng enerhiya ng mga supercapacitor ay nagbibigay-daan sa mga ito na magamit sa mga elektronikong device bilang isang panandaliang pinagmumulan ng kuryente.
• Kaligtasan sa kapaligiran. Siyempre, ang mga electrochemical component ay nananatili pa rin sa disenyo, ngunit ang mga nakakalason na epekto nito ay patuloy na bumababa.
• Posibleng gumamit ng enerhiya mula sa renewable sources - hangin, araw, tubig at lupa.
• Pagpapalawak ng mga pagkakataon para sa structural integration ng mga baterya - halimbawa, para sa pagpapanatili ng mga kumplikadong power plant, hybrid electric machine, hydrogen-fueled na sasakyan, atbp.

Nararapat na tandaan ang ilan sa mga pakinabang ng isang supercapacitor na may kaugnayan sa isang maginoo na kapasitor. Mayroong ilang mga ito, ngunit ang isang malaking kapasidad para sa pag-iimbak ng enerhiya ay pangunahing mahalaga. Ayon sa indicator na ito, hindi lahat ng pagbabago ng mga ionistor ay maaaring makipagkumpitensya sa mga baterya, gayunpaman, kung ihahambing sa mga capacitor sa parameter ng kapasidad ng kuryente, kumpiyansa silang mananalo.

Mga positibong review ng mga supercapacitor

Ang pagsubok at bahagyang paggamit ng mga supercapacitor ngayon ay nagaganap sa iba't ibang industriya. Tulad ng ipinapakita ng mga pagsusuri sa pagpapatakbo ng mga device na ito, kinukumpirma nila ang mga pahayag ng mga tagagawa tungkol sa mataaspagiging maaasahan, kaligtasan sa kapaligiran at mataas na kapasidad. Ano ang lalong mahalaga mula sa punto ng view ng paghahambing ng mga supercapacitor at baterya, ang dating ay hindi masyadong hinihingi upang lumikha ng mga espesyal na kondisyon sa panahon ng pisikal na paghawak. Ito ay bahagyang dahil sa parehong mababang toxicity ng mga bahagi, ngunit sa isang mas malaking lawak, ang ergonomya ng operasyon ay dahil sa mataas na antas ng proteksyon ng kaso. Iyon ay, ang gumagamit ay hindi kailangang magbigay ng mga espesyal na aparato para sa pagpapanatili ng mga supercapacitor sa mga selyadong kondisyon. Ang mababang timbang at mga naka-optimize na dimensyon ay nagpapadali din sa pagsasagawa ng mga nakagawiang operasyon sa pagpapanatili.

Mga negatibong review ng mga supercapacitor

Mayroon ding mga kahinaan sa ganitong uri ng mga capacitor, na malinaw ding ipinapakita sa pagsasanay. Sa partikular, itinuturo ng mga gumagamit ang kanilang mababang density ng enerhiya, mababang pagganap at hindi palaging sapat na antas ng boltahe, na ginagawang kinakailangan na gumamit ng ilang mga elemento upang maghatid ng isang target na yunit ng consumer. Sa maraming paraan, pinipigilan ng mga pagkukulang na ito ang paggamit ng mga supercapacitor sa halip na mga baterya ngayon, bagama't, muli, mas malamang na lutasin ng pag-unlad ng teknolohiya ang mga problemang ito.

Mga prospect para sa pagbuo ng mga capacitor

Ayon sa mga eksperto at developer ng mga baterya, sa malapit na hinaharap, ang mga bagong henerasyong capacitor ay gagamitin sa lahat ng dako. Magiging posible ito dahil sa aktibong pagtaas sa partikular na kapasidad ng mga device. Sulit itomagdagdag at pagbutihin ang mga teknikal at istrukturang katangian ng mga supercapacitor, na pangunahing may kinalaman sa mga sukat at timbang. Kasabay nito, ang mga pagsubok sa mga ionistor na may lakas na hanggang 2.5 mW ay inaayos na ngayon. Sa hinaharap, maaaring gamitin ang mga naturang sistema sa pagpapanatili ng mga network ng transportasyon, mga pasilidad na pang-industriya at mga residential complex.

Konklusyon

Ang konsepto ng supercapacitor ay itinuturing na pinakamainam na solusyon sa mga sitwasyon kung saan may panandaliang pangangailangan para sa power supply na may live charge. Sa bahagi, ito ay isang kontradiksyon sa ideya ng mga baterya ng electrochemical, na nakatuon sa pangmatagalang pagpapanatili ng kapangyarihan na may ilang mga parameter. Ngunit posible bang gumamit ng supercapacitor sa halip na isang baterya sa isang kotse, dahil sa tampok na ito sa pagpapatakbo? Sa mataas na antas ng posibilidad, ang mga advanced na alalahanin sa auto ay gagamit ng mga capacitor na may mataas na kapasidad, ngunit sa mga espesyal na hybrid na bersyon lamang na pinagsasama ang mga positibong katangian ng mga supercapacitor bilang tulad at mga tradisyonal na bahagi ng electrochemical. Halimbawa, ngayon ang mga naturang solusyon ay ginagamit sa anyo ng isang kumbinasyon ng isang electrochemical lead-acid na istraktura at isang supercapacitor.