Supercondensatori — dispozitiv, aplicație practică, avantaje și dezavantaje

Ce este un supercondensator

Supercondensatoarele sau supercondensatoarele seamănă cu condensatoarele electrolitice obișnuite, deși diferă de acestea din urmă printr-o capacitate electrică mult mai mare (condensatoare extrem de mari). În ceea ce privește proprietățile sale, un ionistor este o încrucișare între o baterie și un condensator. Dispozitivul său poate fi descris ca un condensator cu un strat dublu electric, nu degeaba supercondensatorii se numesc EDLC — Electric Double Layer Capacitor în resursele engleze.

Un astfel de condensator funcționează datorită proceselor electrochimice care au loc în el și nu doar datorită câmpului electric stocat în dielectricul dintre plăci, ca într-un condensator convențional. Nu există un strat dielectric clasic între plăci, iar plăcile în sine sunt făcute din substanțe diferite în purtători de sarcină de tip opus.

În măsura în care capacitatea condensatorului este direct proporțională cu aria plăcilor sale; pentru a obține o capacitate mare, este necesar să aveți o suprafață extinsă a plăcilor. Din acest motiv, electrozii supercapacitorului sunt de obicei fabricați din carbon spumat, ceea ce oferă o zonă foarte semnificativă de „plăci”.

Electrozii sunt separați printr-un separator și sunt într-un electrolit solid acid sau alcalin. Separatorul elimină un scurtcircuit între electrozi. Electrolitul cristalin de rubidiu, argint și iod face posibilă crearea de ionistori de mare capacitate, cu autodescărcare redusă, rezistenți la temperaturi scăzute.

Supercondensatorii cu rezistență internă scăzută se obțin, de exemplu, pe baza soluției de acid sulfuric, dar tensiunea de funcționare a unor astfel de supercondensatori este limitată la 1 volt, în plus, astfel de soluții sunt toxice, deci sunt rareori utilizate.

O reacție electrochimică în supercondensator face ca unii dintre electroni să părăsească electrozi, ceea ce încarcă electrozii pozitiv. Ionii negativi sunt atrași de electrolit către electrozii încărcați pozitiv. Aceasta formează un strat electric.

Ca urmare, sarcina supercapacitorului este stocată la interfața dintre carbon și electrolit, iar grosimea stratului electric format din cationi și anioni este de numai 1-5 nm, ceea ce echivalează cu o distanță foarte mică între plăcile condensatorului. . Acest lucru are ca rezultat o capacitate semnificativă măsurată în farazi. Supercondensatorul este polar, prin urmare, atunci când este conectat la circuit, este necesar să se respecte polaritatea corectă.

Aplicarea supercondensatorilor

Astăzi, supercondensatorii se găsesc adesea în tehnologia digitală ca surse de alimentare de rezervă pentru microcontrolere, circuite de memorie, cipuri CMOS, ceasuri electronice și multe altele.

Atunci când sunt utilizați împreună cu bateriile, supercondensatorii pot crește eficiența și pot permite reduceri ale greutății și dimensiunii bateriilor, oferind putere suplimentară în timpul sarcinilor de vârf.

Fiind într-o poziție intermediară între condensatori și baterii, supercondensatorii sunt aplicabili în diverse domenii: stocarea energiei în sistemele de frânare regenerativă, aplicații de putere redusă și aplicații de încărcare rapidă (fulger, player, memorie etc.).

Viitorul este probabil să includă dispozitive electronice portabile, mașini electrice și orice lucru care funcționează cu baterii astăzi, cu avantajul că pot fi încărcate în câteva minute. Supercondensatorii sunt de asemenea indispensabili atunci când sunt necesare un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare în condiții de consum de energie pe termen scurt.

Enumerăm doar câteva dintre domeniile de aplicare cu succes a supercondensatorilor astăzi:

• energie eoliana,
• Echipament medical,
• sursa de alimentare redundanta,
• rezerva de energie,
• regenerarea energiei de frânare,
• alimente pentru electronice de larg consum și aparate de bucătărie,
• alimentarea LED-urilor și a senzorilor,
• memorie de rezervă,
• menținerea sursei de alimentare a încuietorilor electronice,
• stabilizarea tensiunii.

Avantaje și dezavantaje

Dezavantajele supercondensatorilor includ o tensiune de funcționare scăzută (până la 2,7 volți pe celulă, ceea ce duce la necesitatea colectării supercondensatorilor în baterii) și un preț destul de ridicat în comparație cu bateriile și condensatoarele.

Caracteristicile pozitive ale supercondensatorilor: viteza de încărcare și descărcare, resurse de sute de mii de cicluri, fără întreținere, dimensiuni și greutate reduse, ușurință în utilizare, gamă largă de temperaturi de funcționare, durată lungă de viață.

Vezi si: Care este diferența dintre baterii și condensatori