O introducere la supercondensatori

Condensatorul este o componentă pasivă cu două terminale, care este utilizată pe scară largă în electronică. Aproape, fiecare circuit pe care îl găsim în electronică folosește unul sau mai multe condensatoare pentru diverse utilizări. Condensatoarele sunt cea mai utilizată componentă electronică după rezistențe. Au o abilitate specială de a stoca energie. Există diferite tipuri de condensatori disponibili pe piață, dar unul care câștigă recent popularitate și promite înlocuirea sau alternativa bateriilor în viitor, sunt supercondensatori sau, de asemenea, cunoscuți ca ultracondensatori. Un supercondensator nu este altceva decât un condensator de mare capacitate cu valori de capacitate mult mai mari decât condensatoarele normale, dar limite de tensiune mai mici. Pot stoca de 10 până la 100 de ori mai multă energie pe unitate de volum sau masă decât condensatoarele electrolitice, pot primi și livra încărcături mult mai repede decât baterii și tolerează mai multe cicluri de încărcare-descărcare decât bateriile reîncărcabile.

Supercondensatoarele sau Ultracondensatoarele sunt o nouă tehnologie de stocare a energiei, care este dezvoltată intens în timpurile moderne. Supercondensatorii oferă beneficii industriale și economice semnificative

Capacitatea unui condensator este măsurată în Farad (F), cum ar fi.1uF (microfarad), 1mF (milifarad). Cu toate acestea, în timp ce condensatorii cu valoare mai mică sunt destul de obișnuiți în electronică, sunt disponibili și condensatori cu valoare foarte mare, care stochează energie într-o densitate mult mai mare și disponibilă în valoare de capacitate foarte mare, variind probabil în Farad.

În imaginea de mai sus, este afișată o imagine super capacitor de 2.7V, 1Farad disponibilă local. Tensiunea nominală este mult mai mică, dar capacitatea condensatorului de mai sus este destul de mare.

Avantajele super-condensatorului sau ultra-condensatorului

Cererea de supercondensatoare crește de la o zi la alta. Motivul principal al dezvoltării rapide și al cererii se datorează multor alte beneficii ale supercondensatorilor, câteva dintre acestea sunt menționate mai jos:

• Oferă o durată de viață foarte bună de aproximativ 1 milion de cicluri de încărcare.
• Temperatura de funcționare este de -50 grade până la 70 de grade aproape, ceea ce îl face adecvat pentru utilizare în aplicații pentru consumatori.
• O densitate mare de putere de până la 50 de ori, care este realizată de baterii.
• Materialele dăunătoare, metalele toxice nu fac parte din procesul de fabricație a supercondensatorilor sau a ultracondensatorilor, ceea ce îl face să fie certificat ca componentă de unică folosință.
• Este mai eficient decât bateriile.
• Nu necesită întreținere în comparație cu bateriile.

Supercondensatoarele stochează energii în câmpul său electric, dar în cazul bateriilor, utilizează compuși chimici pentru stocarea energiilor. De asemenea, datorită capacității sale de încărcare și descărcare rapidă, Supercondensatoarele intră încet pe piața bateriilor. Rezistența internă scăzută, cu o eficiență foarte mare, fără costuri de întreținere, durate de viață mai mari sunt principalul motiv pentru cererea sa mare pe piața modernă a sursei de energie.

Energii în condensator

Un magazin condensator energii sub formă de Q = C x V. Q înseamnă Charge în Coulombs, C pentru capacitate în Farads și V pentru tensiune în volți. Deci, dacă creștem capacitatea, energia stocată Q va crește, de asemenea.

Unitatea de capacitate este Farad (F) care poartă numele lui M. Faraday. Farad este unitatea de capacitate față de coulomb / volt. Dacă spunem un condensator cu 1 Farad, atunci acesta va crea o diferență de potențial de 1 volți între plăcile sale, în funcție de sarcina de 1 coulomb.

1 Farad este un condensator de valoare foarte mare pentru a fi utilizat ca componentă electronică generală. În electronică, în general, se folosește capacitatea de microfarad la farad Pico. Microfarazi este notat ca uF (1 / 1.000.000 Farad sau 10 ^-6 F), nano Farad ca nF (1/1000000000 sau 10 ^-9 F) și Pico farad ca pF (1 / 1,000,000,000,000 OR10 ^-12 F)

Dacă valoarea devine mult mai mare, cum ar fi mF pentru puțini Farads (în general <10F), înseamnă că condensatorul poate deține mult mai multe energii între plăcile sale, acel condensator este numit Ultra condensator sau Supercapacitor.

Energiile stocate într-un condensator sunt E = ½ CV ² Joule. E este energia stocată în jouli, C este capacitatea în Farad și V este diferența de potențial între plăci.

Construcție de

Supercondensatorul este un dispozitiv electrochimic. Interesant este faptul că nu există reacții chimice care sunt responsabile de stocarea energiilor sale electrice. Au o construcție unică, cu o placă conductoare mare sau electrod, care sunt strâns situate cu o suprafață foarte mică. Construcția sa este aceeași cu un condensator electrolitic cu un electrolit lichid sau umed între electrozi. Puteți afla despre diferite tipuri de condensatoare aici.

Supercapacitorul acționează ca un dispozitiv electrostatic care își stochează energia electrică ca câmp electric între electrozii conductori.

Electrozii, roșu și albastru, sunt acoperiți pe două fețe. Ele sunt realizate în general din carbon de grafit sub formă de nanotuburi sau geluri de carbon sau un tip special de carboni activi conductivi.

Pentru a bloca fluxul mare de electroni dintre electrozi și trecerea ionului pozitiv, se folosește o membrană de hârtie poroasă. Membrana de hârtie separă și electrozii. După cum putem vedea în imaginea de mai sus, membrana de hârtie poroasă este situată în mijloc, de culoare verde. Electrozii și separatorul de hârtie sunt impregnați cu electrolitul lichid. Folia de aluminiu este utilizată ca colector de curent care stabilește conexiunea electrică.

Placa de separare și aria plăcilor sunt responsabile pentru valoarea capacității condensatorului. Relația poate fi notată ca

Unde, Ɛ este permitivitatea materialului prezent între plăci

A este zona plăcii

D este separarea dintre plăci

Deci, în cazul supercondensatorului, suprafața de contact trebuie să fie mărită, dar există o limitare. Nu putem crește forma fizică sau dimensiunea condensatorului. Pentru a depăși această limitare, se folosesc tipuri speciale de electroliți pentru a crește conductivitatea între plăci, crescând astfel capacitatea.

Supercondensatorii sunt numiți și condensatori cu strat dublu. Există un motiv în spatele ei. Separarea foarte mică și suprafața mare utilizând electrolit special, stratul de suprafață al ionilor electrolitici formează un strat dublu. Creează două construcții de condensatori, unul la fiecare electrozi de carbon și denumit condensator cu strat dublu.

Aceste construcții au un dezavantaj. Tensiunea din condensator a devenit foarte scăzută din cauza tensiunii de descompunere a electrolitului. Tensiunea este foarte dependentă de materialul electrolitic, materialul poate limita capacitatea de stocare a energiei electrice a condensatorului. Deci, datorită tensiunii terminale reduse, un supercondensator poate fi conectat în serie pentru a stoca încărcătura electrică la un nivel de tensiune util. Datorită acestui fapt, supecondensatorul în serie produce o tensiune mai mare decât de obicei și în paralel, capacitatea a devenit mai mare. Poate fi înțeles clar prin tehnica de construcție a matricei supercapacitorului de mai jos.

Construcție matrice supercondensator

Pentru a stoca încărcarea la o tensiune utilă necesară, supercondensatoarele trebuie conectate în serie. Și pentru creșterea capacității, acestea ar trebui conectate în paralel.

Să vedem construcția matrice a Supercapacitorului.

În imaginea de mai sus, tensiunea celulei unei singure celule sau condensator este notată ca Cv, în timp ce capacitatea unei singure celule este notată ca Cc. Gama de tensiune a unui supercondensator este de la 1V la 3V, conexiunile din serie cresc tensiunea și mai mulți condensatori în paralel măresc capacitatea.

Dacă creăm matricea, tensiunea în serie va fi

Tensiunea totală = Tensiunea celulei (Cv) x Numărul de rânduri

Și capacitatea în paralel va fi

Capacitatea totală = Capacitatea celulei (Cc) x (Numărul coloanei / Numărul rândului)

Exemplu

Trebuie să creăm un dispozitiv de stocare de rezervă, iar pentru aceasta este necesar un supercapacitor de 2,5F sau supercapacitor cu rating de 6V.

Dacă trebuie să creăm matricea folosind condensatori 1F cu rating 3V, atunci care vor fi dimensiunea matricii și cantitățile condensatorilor?

Tensiunea totală = Tensiunea celulei x Numărul rândului Apoi, Numărul rândului = 6/3 Numărul rândului = 2

Înseamnă că doi condensatori în serie vor avea o diferență de potențial de 6V.

Acum, capacitatea, Capacitatea totală = Capacitatea celulei x (Număr coloană / Număr rând) Apoi, numărul Coloumn = (2,5 x 2) / 1

Deci, avem nevoie de 2 rânduri și 5 coloane.

Să construim matricea,

Energia totală stocată în matrice este

Supercondensatorii sunt buni în stocarea energiei și acolo unde este necesară încărcarea sau descărcarea rapidă. Este utilizat pe scară largă ca dispozitive de rezervă, unde este necesară o alimentare de rezervă sau o descărcare rapidă. Sunt utilizate în continuare în imprimante, mașini și diverse dispozitive electronice potabile.