Johdatus superkondensaattoreihin

Kondensaattori on kaksinapainen passiivikomponentti, jota käytetään laajalti elektroniikassa. Lähes jokainen elektroniikassa havaittu piiri käyttää yhtä tai useampaa kondensaattoria eri käyttötarkoituksiin. Kondensaattorit ovat eniten käytetty elektroniikkakomponentti vastusten jälkeen. Heillä on erityinen kyky tallentaa energiaa. Markkinoilla on erityyppisiä kondensaattoreita, mutta viime aikoina suosittu ja lupaava paristojen vaihto tai korvaaminen tulevaisuudessa ovat superkondensaattoreita tai tunnetaan myös ultrakondensaattoreina. Superkondensaattori ei ole muuta kuin suuritehoinen kondensaattori, jonka kapasitanssiarvot ovat paljon korkeammat kuin normaalit kondensaattorit, mutta alhaisemmat jänniterajat.Ne voivat tallentaa 10-100 kertaa enemmän energiaa tilavuus- tai massayksikköä kohti kuin elektrolyyttikondensaattorit, voivat vastaanottaa ja toimittaa latausta paljon nopeammin kuin paristoja ja sietää enemmän lataus-purkausjaksoja kuin ladattavat akut.

Superkondensaattorit tai ultrakondensaattorit ovat uusi energian varastointitekniikka, jota kehitetään voimakkaasti nykyaikana. Superkondensaattorit tarjoavat merkittäviä teollisia ja taloudellisia etuja

Kondensaattorin kapasitanssi mitataan Faradissa (F), kuten.1uF (mikrofaradi), 1mF (millifaradi). Vaikka pienemmät kondensaattorit ovat melko yleisiä elektroniikassa, on saatavana myös erittäin arvokkaita kondensaattoreita, jotka varastoivat energiaa paljon suuremmalla tiheydellä ja saatavana erittäin suurella kapasitanssiarvolla, vaihtelivat todennäköisesti Faradissa.

Yllä olevassa kuvassa näkyy paikallisesti saatavilla oleva 2,7 V, 1Farad-superkondensaattorikuva. Jänniteluokitus on paljon pienempi, mutta yllä olevan kondensaattorin kapasitanssi on melko korkea.

Super-kondensaattorin tai ultra-kondensaattorin edut

Superkondensaattoreiden kysyntä kasvaa päivä päivältä. Tärkein syy nopeaan kehitykseen ja kysyntään johtuu monista muista superkondensaattoreiden eduista, joista muutama on mainittu alla:

• Se tarjoaa erittäin hyvän käyttöiän, noin miljoona lataussykliä.
• Käyttölämpötila on melkein -50 - 70 astetta, mikä tekee siitä sopivan käytettäväksi kuluttajasovelluksissa.
• Suuri tehotiheys jopa 50 kertaa, joka saavutetaan paristoilla.
• Haitalliset materiaalit, myrkylliset metallit eivät ole osa superkondensaattoreiden tai ultrakondensaattoreiden valmistusprosesseja, mikä tekee siitä sertifioidun kertakäyttöisenä komponenttina.
• Se on tehokkaampi kuin paristot.
• Ei vaadi huoltoa verrattuna akkuihin.

Superkondensaattorit varastoivat energiaa sähkökenttäänsä, mutta paristojen tapauksessa ne käyttävät kemiallisia yhdisteitä energian varastointiin. Koska superkondensaattorit pystyvät nopeasti lataamaan ja purkamaan, ne ovat hitaasti tulossa akkumarkkinoille. Pieni sisäinen vastus, erittäin korkea hyötysuhde, ei ylläpitokustannuksia, pidempi käyttöikä on tärkein syy sen korkeaan kysyntään nykyaikaisilla virtalähteisiin liittyvillä markkinoilla.

Kondensaattorin energiat

Kondensaattori tallentaa energiat muodossa Q = C x V. Q tarkoittaa Charge in Coulombs, C kapasitanssia Faradsissa ja V jännitettä voltteina. Joten, jos kasvatamme kapasitanssia, myös varastoitu energia Q kasvaa.

Kapasitanssin yksikkö on Farad (F), joka on nimetty M. Faradayn mukaan. Farad on kapasitanssiyksikkö coulombin / voltin suhteen. Jos sanomme kondensaattorin, jossa on 1 Farad, niin se luo levyjen välille 1 voltin potentiaalieron 1-coulomb-varauksesta riippuen.

1 Farad on erittäin suuriarvoinen kondensaattori käytettäväksi yleisenä elektronisena komponenttina. Elektroniikassa käytetään yleensä mikrofaradista Pico-Farad-kapasitanssia. Mikrofaradin merkitään uF (1/1000000 Farad tai 10 ^-6 F), nano faradi kuten nF (1/1000000000 tai 10 ^-9 F) ja Pico Farad pF (1 / 1,000,000,000,000 tai 10 ^-12 F)

Jos arvo nousee paljon korkeammaksi, kuten mF muutamalle Faradille (yleensä <10F), kondensaattori voi pitää paljon enemmän energiaa levyjensa välillä, että kondensaattoria kutsutaan Ultra-kondensaattoriksi tai superkondensaattoriksi.

Kondensaattoriin varastoidut energiat ovat E = ½ CV ² joulea. E on varastoitu energia jouleina, C on kapasitanssi Faradissa ja V on potentiaaliero levyjen välillä.

Rakentaminen

Superkondensaattori on sähkökemiallinen laite. Mielenkiintoista on, että kemialliset reaktiot eivät ole vastuussa sen sähköenergian varastoinnista.Neillä on ainutlaatuinen rakenne, suurella johtavalla levyllä tai elektrodilla, jotka sijaitsevat läheisesti hyvin pienellä pinta-alalla. Sen rakenne on sama kuin elektrolyyttikondensaattorin, jonka elektrodien välissä on nestemäinen tai märkä elektrolyytti. Voit oppia erityyppisistä kondensaattoreista täältä.

Superkondensaattori toimii sähköstaattisena laitteena, joka tallentaa sähköenergiansa sähkökenttänä johtavien elektrodien välillä.

Elektrodit, punainen ja sininen, on päällystetty kaksipuolisesti. Ne valmistettiin yleensä grafiittihiilestä hiilinanoputkien tai -geelien tai erityyppisten johtavien aktiivihiilien muodossa.

Suuren elektronivirran estämiseksi elektrodien välillä ja positiivisen ionin kuljettamiseksi käytetään huokoista paperikalvoa. Paperikalvo erottaa myös elektrodit. Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, huokoinen paperikalvo on keskellä vihreää. Elektrodit ja paperierotin on kyllästetty nestemäisellä elektrolyytillä. Alumiinifoliota käytetään virran kerääjänä, joka muodostaa sähköliitännän.

Erotuslevy ja levyjen pinta-ala vastaavat kondensaattorin kapasitanssiarvosta. Suhde voidaan merkitä

Missä, Ɛ on levyjen välissä olevan materiaalin läpäisevyys

A on levyn pinta-ala

D on levyjen välinen etäisyys

Joten superkondensaattorin tapauksessa kosketuspintaa on lisättävä, mutta siinä on rajoitus. Emme voi lisätä kondensaattorin fyysistä muotoa tai kokoa. Tämän rajoituksen voittamiseksi käytetään erityyppisiä elektrolyyttejä levyn välisen johtavuuden lisäämiseksi, mikä lisää kapasitanssia.

Superkondensaattoreita kutsutaan myös kaksikerroksisiksi kondensaattoreiksi. Sen takana on syy. Hyvin pieni erotus ja suuri pinta-ala käyttämällä erityistä elektrolyyttiä, elektrolyyttisten ionien pintakerros muodostaa kaksinkertaisen kerroksen. Se luo kaksi kondensaattorirakennetta, yhden jokaiseen hiilielektrodiin ja nimeltään kaksikerroksinen kondensaattori.

Näillä rakenteilla on haittapuoli. Kondensaattorin yli tuleva jännite tuli hyvin matalaksi elektrolyytin hajoamisjännitteen takia. Jännite riippuu suuresti elektrolyyttimateriaalista, materiaali voi rajoittaa kondensaattorin sähköenergian varastointikapasiteettia. Joten matalan liitäntäjännitteen vuoksi superkondensaattori voidaan liittää sarjaan sähkövarauksien varastoimiseksi hyödyllisellä jännitetasolla. Tästä johtuen supakondensaattori tuottaa sarjassa tavallista suurempaa jännitettä ja samanaikaisesti kapasitanssi kasvoi. Se voidaan selvästi ymmärtää alla olevalla Supercapacitor Array Construction -tekniikalla.

Superkondensaattorirakenteen rakenne

Superkondensaattorit on kytkettävä sarjaan, jotta varausta voidaan tallentaa tarvittavalla jännitteellä. Ja kapasitanssin lisäämiseksi ne tulisi liittää rinnakkain.

Katsotaanpa superkondensaattorin taulukkorakenne.

Yllä olevassa kuvassa yksittäisen kennon tai kondensaattorin kennojännitettä merkitään Cv: nä, kun taas yksittäisen kennon kapasitanssia kutsutaan Cc: ksi. Superkondensaattorin jännitealue on 1 V - 3 V, sarjayhteydet lisäävät jännitettä ja useat kondensaattorit samanaikaisesti lisäävät kapasitanssia.

Jos luomme taulukon, sarjajännite on

Kokonaisjännite = kennojännite (Cv) x rivien lukumäärä

Ja kapasitanssi rinnakkain tulee olemaan

Kokonaiskapasitanssi = solun kapasitanssi (Cc) x (sarakkeiden määrä / rivien lukumäärä)

Esimerkki

Meidän on luotava varmuuskopiolaite, ja siihen tarvitaan 2,5 F super- tai superkondensaattori 6 V: n luokituksella.

Jos meidän on luotava taulukko käyttämällä 1F-kondensaattoreita, joiden nimellisarvo on 3 V, mikä on matriisin koko ja kondensaattoreiden määrät?

Kokonaisjännite = kennojännite x rivin numero Sitten rivin numero = 6/3 rivin numero = 2

Tarkoittaa, että kahdella sarjassa olevalla kondensaattorilla on 6 V: n potentiaaliero.

Nyt kapasitanssi, Kokonaiskapasitanssi = solun kapasitanssi x (sarakkeen numero / rivinumero) Sitten sarakkeen numero = (2,5 x 2) / 1

Tarvitsemme siis 2 riviä ja 5 saraketta.

Rakennetaan taulukko,

Matriisiin varastoitu kokonaisenergia on

Superkondensaattorit ovat hyviä energian varastointiin ja nopeasti lataamiseen tai purkamiseen. Sitä käytetään laajalti varmuuskopiointilaitteina, joissa tarvitaan varavirtaa tai nopeaa purkamista. Niitä käytetään edelleen tulostimissa, autoissa ja erilaisissa juotavissa elektroniikkalaitteissa.