Introducere în Supercondensatoare

Odată cu dezvoltarea societății și a economiei, oamenii acordă din ce în ce mai multă atenție energiei verzi și mediului ecologic. Ca un nou tip de dispozitiv de stocare a energiei, supercondensatorii au atras din ce în ce mai multă atenție datorită avantajelor lor de neînlocuit. Inginerii au început să înlocuiască bateriile tradiționale cu supercondensatori în unele modele care necesită soluții de mare putere și eficiență. Defecte în tehnologia bateriilor Bateriile noi precum Li-ion și NiMH pot oferi o soluție fiabilă de stocare a energiei și au fost utilizate pe scară largă în multe domenii. După cum știm cu toții, bateriile chimice stochează sarcini electrice prin reacții electrochimice, ducând la transferul de sarcină Faraday. Au o durată de viață scurtă și sunt foarte afectate de temperatură. Aceasta este și dificultatea cu care se confruntă proiectanții de baterii plumb-acid (baterii).

În același timp, curentul ridicat poate afecta în mod direct durata de viață a acestor baterii, astfel încât pentru unele aplicații care necesită o durată lungă de viață și o fiabilitate ridicată, aceste baterii bazate pe reacții chimice prezintă diverse deficiențe. Caracteristicile și avantajele supercondensatorilor Principiul supercondensatorilor nu este o tehnologie nouă. Majoritatea supercondensatorilor obișnuiți au o structură electrică dublu strat. În comparație cu condensatoarele electrolitice, acest supercondensator are o densitate de energie și o densitate de putere foarte ridicate. În comparație cu condensatoarele tradiționale și bateriile secundare, supercondensatorii au o capacitate de stocare de încărcare mai mare decât condensatoarele obișnuite și au caracteristicile unei viteze rapide de încărcare și descărcare, eficiență ridicată, fără poluare a mediului, durată lungă de viață, interval larg de temperatură de funcționare și siguranță ridicată. . . Pe lângă faptul că pot încărca și descărca rapid, o altă caracteristică cheie a supercondensatorilor este impedanța lor scăzută. Deci, atunci când un supercondensator este complet descărcat, va prezenta o caracteristică de rezistență mică, iar dacă nu există nicio limită, va trage posibila sursă de curent.

Prin urmare, trebuie utilizat un încărcător cu curent constant sau cu tensiune constantă. Acum 10 ani, supercondensatorii nu puteau fi vânduți decât în ​​cantități foarte mici în fiecare an, iar prețul era foarte scump, aproximativ 1 până la 2 dolari SUA/farad. Acum, supercondensatoarele au fost furnizate pe piață în cantități mari ca produse standard, iar prețul a fost mult redus, cu o medie de 0,01. ~0,02 USD/farad. În ultimii câțiva ani, supercondensatorii au început să intre în multe domenii de aplicare, cum ar fi electronicele de larg consum, industria și transporturile. Structura supercondensatorilor Deși există mulți producători de supercondensatori în lume, care pot furniza multe tipuri de produse de supercondensatori, majoritatea produselor se bazează pe o structură electrică dublu strat similară. Structura supercondensatorilor este similară cu cea a condensatoarelor electrolitice. Foarte asemănătoare, principala lor diferență este materialul electrodului. Electrozii primilor supercondensatori au fost fabricați din carbon. Materialul electrodului de carbon are o suprafață mare, iar capacitatea depinde de distanța dintre suprafața și electrozi. Poate fi foarte mare, majoritatea supercondensatorilor pot avea un nivel farad, iar intervalul general de capacitate este de 1 ~ 5000F. Utilizarea supercondensatorilor Supercondensatorii au o gamă largă de utilizări. Combinate cu substanțe cu densitate mare de energie, cum ar fi celulele de combustie, supercondensatorii pot oferi o eliberare rapidă de energie pentru a satisface cerințele mari de putere, permițând celulelor de combustie să fie utilizate doar ca sursă de energie. În prezent, densitatea de energie a supercondensatoarelor poate fi de până la 20kW/kg, ceea ce a început să acapareze această parte a pieței dintre condensatoarele tradiționale și baterii.

În acele aplicații care necesită o fiabilitate ridicată, dar cerințe de energie reduse, supercondensatorii pot fi utilizați pentru a înlocui bateriile, sau supercondensatorii și bateriile pot fi combinate pentru aplicații cu cerințe mari de energie, astfel încât să se poată utiliza dimensiuni mai mici. , baterii mai economice. Supercondensatorii au valori ESR foarte scăzute, permițându-le să producă curenți mari și să scufunde curenți mari rapid. În comparație cu principiul de încărcare chimică, principiul de funcționare al supercondensatorilor face performanța acestui produs mai stabilă și, prin urmare, durata de viață a supercondensatorilor este mai lungă. Supercondensatorii sunt o sursă de alimentare ideală pentru dispozitivele care necesită încărcare rapidă, cum ar fi uneltele electrice și jucăriile. Unele produse sunt potrivite pentru un sistem hibrid de baterie/supercondensator. Utilizarea supercondensatorilor poate evita utilizarea bateriilor voluminoase pentru a obține mai multă energie. Un exemplu sunt camerele digitale din electronicele de larg consum, unde utilizarea supercondensatoarelor permite camerelor digitale să utilizeze baterii alcaline ieftine (mai degrabă decât baterii scumpe Li-ion). Gama de tensiune nominală a celulelor supercondensator (celule) este de 2,5 până la 2,7 V, așa că multe aplicații necesită utilizarea mai multor celule supercondensator. Când conectează aceste celule în serie, inginerul proiectant trebuie să ia în considerare echilibrul și încărcarea dintre celule. Orice supercondensator se va descărca prin rezistența paralelă internă atunci când este alimentat. Acest curent de descărcare se numește curent de scurgere, care va afecta autodescărcarea unității de supercondensator.

Similar unor tehnologii de baterii secundare, tensiunile supercondensatorilor trebuie echilibrate atunci când sunt utilizate în serie, deoarece există un curent de scurgere, iar dimensiunea rezistenței interne de șunt va determina distribuția tensiunii între celulele supercondensatoarelor conectate în serie. Când tensiunea de pe supercondensator se stabilizează, tensiunea de pe fiecare unitate se va modifica cu curentul de scurgere, nu cu valoarea capacității. Cu cât curentul de scurgere este mai mare, cu atât tensiunea nominală este mai mică, dimpotrivă, cu cât curentul de scurgere este mai mic, cu atât tensiunea nominală este mai mare. Acest lucru se datorează faptului că curentul de scurgere determină descărcarea celulei supercondensator, scăzând tensiunea, care la rândul său afectează tensiunile altor celule în serie cu aceasta (presupunând că aceste celule în serie sunt alimentate de aceeași tensiune constantă). Pentru a compensa variația curentului de scurgere, o metodă comună este conectarea unui rezistor în paralel lângă fiecare unitate pentru a controla curentul de scurgere al întregii unități. Această metodă reduce efectiv variația rezistenței paralele corespunzătoare între unități.

O altă metodă recomandată este echilibrarea activă a celulelor, în care fiecare celulă este monitorizată activ și echilibrată una față de cealaltă atunci când există o schimbare de tensiune. Această abordare reduce orice sarcină suplimentară a unității, făcând munca mai eficientă. Dacă tensiunea depășește tensiunea nominală a unității, durata de viață a unității va fi scurtată. Pentru supercondensatoarele de înaltă fiabilitate, modul de menținere a tensiunii în intervalul necesar este un punct cheie, iar tensiunea de încărcare trebuie controlată pentru a se asigura că nu depășește tensiunea nominală a fiecărei celule.