Суперконденсатори замість акумуляторів: пристрій, порівняння характеристик, переваги використання, відгуки

Ідея конденсатора великої питомої ємності освоювалася ще в 1960-х роках, але сьогодні відзначається нова хвиля підвищеного інтересу до даної технології, що обумовлено унікальним поєднання експлуатаційних властивостей кінцевого продукту. В наші дні на базі цієї технології випускаються різні модифікації ионисторов і ультраконденсаторов, які цілком можуть розглядатися в якості повноцінного силового акумулятора. Концепти суперконденсатора, фото з прикладом якого подано нижче, говорять про те, що їх майбутня конкуренція з звичними акумуляторними блоками (АКБ) не так вже й фантастична. Що таке суперконденсатор?

По суті, це оптимізована електрохімічна батарея, виконана у вигляді компактного конденсатора. Навіть при побіжному порівнянні пристрої з типовим акумулятором для автомобіля можна виділити очевидну різницю в габаритах, а на практиці експлуатації також вийдуть на поверхню переваги у вигляді більш високого терміну служби і потужності. Іншими словами, суперконденсатори замість акумуляторів цілком можуть застосовуватися, хоча і з деякими застереженнями, обумовленими обмеженнями в плані накопичення енергетичного потенціалу. Подібні нюанси поки ще мають місце через недосконалість технологічного розвитку ионисторов, однак ситуація змінюється під тиском ринку з його зростаючими вимогами до елементів живлення. Пристрій і конструкція виробу

Основу даного конденсатора утворюють два електроди, між якими традиційно розміщується електролітична середовище. Відмінності від акумулятора можна спостерігати в структурі матеріалів для виготовлення електродів, пластини яких покриваються пористим активованим вугіллям. Що стосується електроліту, то в цій якості можуть застосовуватися органічні та неорганічні суміші. Конструкційно виділяється і технічне рішення ізоляції в структурі суперконденсаторів. Замість акумуляторних алюмінієвих обкладок з діелектричним прошарком застосовуються компоненти з оптимальними властивостями іонної і електронної провідності. Якщо продовжувати концепцію можливого використання суперконденсатора в якості акумулятора, то електронним путівником цілком міг би виступити пористий вуглець, а іонним – розчин сірчаної кислоти. Таким чином може забезпечуватися оптимальний шар розмежування зарядів між електродами без додаткового включення громіздких ізоляторів.

Різновиди суперконденсатора

Вже сьогодні можна виділити декілька напрямків у розробці ионисторов. Найбільш помітні і перспективні наступні різновиди пристрої: Двойнослойные конденсатори. Стандартна модель, при якій використовуються згадані вище електроди з електропровідного матеріалу, а в якості електроліту застосовується спеціальний сепаратор. Накопичення енергетичного потенціалу відбувається в результаті поділу заряду на електродах. Псевдоконденсаторы. Акумулятор, що перезаряджається з суперконденсатора даного типу може стати вельми успішним рішенням, оскільки в даному випадку передбачаються більш розвинені способи збереження енергії. По-перше, задіюється принцип фарадеевского механізму, пов'язаного з процесами акумуляції енергії в звичайних батарейках. А по-друге, зберігається і базова схема електростатичної взаємодії між електродами в подвійному електричному шарі. Гібридні конденсатори. Проміжна концепція, що об'єднує окремі позитивні риси акумуляторів і конденсаторів. В таких пристроях звичайно використовують поєднання електродів, виконаних із змішаних оксидів і допованих полімерів. Подальший розвиток цього напряму пов'язують із застосуванням композитних матеріалів, доповнених вуглецевими носіями і провідними полімерами.

Основні характеристики

На сьогоднішній день складно говорити про усталених експлуатаційних показниках ионисторов, оскільки технологія постійно вдосконалюється, причому з поправкою на поліпшення та електрохімічних джерел струму. Але якщо брати середні дані по основним характеристикам суперконденсаторів, то конкретні показники будуть виглядати так: Час зарядки – від 1 до 10 сек. Кількість циклів зарядки – близько 1 млн, що відповідає 30 000 ч. Напруга в комірці блоку – діапазон від 2,3 до 2,75 Ст. Енергоємність – стандартне значення 5 Вт*год/кг Потужність – близько 10 000 Вт/кг Довговічність – до 15 років. Робоча температура – від -40 °С до 65 °С. Порівняння зі звичайними АКБ

Основні відмінні параметри полягають у швидкості накопичення енергії і мірою віддачі електричного заряду. За рахунок використання подвійного шару електричного потенціалу у суперконденсатора при схожих розмірах підвищується площа робочої поверхні електродів. Тобто можна говорити про поєднання кращих властивостей АКБ і конденсатора як такого. Якщо ж порівнювати розподіл струмів акумулятора і суперконденсатора на навантаження, то рівномірність обсягів споживаного струму буде в цілому ідентичною, але з двома поправками. При експлуатації АКБ можливе зміщення найбільшого струму в сторону елемента, розташованого в нижній частині блоку, а у випадку з ионисторами в принципі потенціал буде менше з-за низького напруги. Також до істотних відмінностей можна віднести різницю в робочому ресурсі – суперконденсатори приблизно на 25-30 % служать довше по часу, не кажучи про більш високому коефіцієнті здійсненних робочих циклів. Переваги експлуатації суперконденсаторів

Якщо в цілому розглядати позитивні ефекти від використання суперконденсаторів замість акумуляторів, то на перший план вийдуть такі якості: Висока щільність енергії суперконденсаторів дозволяє їх використовувати в електронних приладах як джерело короткочасного харчування. Екологічна безпека. Звичайно, електрохімічні компоненти зберігаються в конструкції, однак їх токсичний вплив постійно скорочується. Можливість застосування енергії від відновлюваних джерел – вітру, сонця, води і землі. Розширення можливостей для конструкційної інтеграції елементів живлення – наприклад, для обслуговування складних силових установок, гібридних електричних машин, автомобілів на водневому паливі і т. д.

Варто відзначити і деякі переваги суперконденсатора по відношенню до звичайного конденсатора. Їх небагато, але принципово важливим є велика ємність для накопичення енергії. За цим показником не всі модифікації ионисторов можуть конкурувати з АКБ, однак у порівнянні з конденсаторами в параметрі електричної місткості вони впевнено виграють. Позитивні відгуки про суперконденсаторах

Випробування і часткове застосування суперконденсаторів сьогодні мають місце в самих різних галузях. Як показують відгуки про експлуатації даних пристроїв, вони підтверджують заяви виробників про високої надійності, екологічної безпеки і високої ємності. Що особливо важливо з точки зору порівняння суперконденсаторів і акумуляторів, перші не так вимогливі до створення спеціальних умов при фізичному зверненні. Почасти це пов'язано з тією ж низькою токсичністю компонентів, але більшою мірою ергономіка експлуатації обумовлена високим ступенем захисту корпусу. Тобто користувачу не потрібно передбачати спеціальні пристосування для обслуговування суперконденсаторів в герметизованих умовах. Також і невелика маса з оптимізованими габаритами полегшує виконання стандартних маніпуляцій при обслуговуванні.

Негативні відгуки про суперконденсаторах

Існують і слабкі місця у даного роду конденсаторів, які також очевидно проявляються на практиці експлуатації. Зокрема, користувачі вказують на їх малу енергетичну щільність, низьку продуктивність і не завжди достатній рівень напруги, що змушує задіяти кілька елементів для обслуговування однієї цільової одиниці споживача. Багато в чому ці недоліки не дозволяють сьогодні застосовувати суперконденсатори замість акумуляторів, хоча, знову ж таки, технологічний розвиток з більшою вірогідністю і вирішить ці проблеми. Перспективи розвитку конденсаторів

За оцінками фахівців і розробників елементів живлення, вже в недалекому майбутньому конденсатори нового покоління стануть використовуватися повсюдно. Це стане можливим завдяки активному нарощуванню питомої ємності пристроїв. До цього ж варто додати і поліпшення техніко-конструкційних характеристик суперконденсаторів, що в першу чергу стосується розмірів і ваги. Разом з цим вже сьогодні організовуються випробування ионисторов потужністю до 2,5 мВт. В майбутньому подібні системи можуть застосовуватися в обслуговуванні транспортних мереж, промислових об'єктів і житлових комплексів.

Висновок

Концепція суперконденсатора вважається оптимальним рішенням в ситуаціях, коли є короткострокова потреба в енергопостачанні з оперативним зарядом. Почасти в цьому полягає суперечність з ідеєю електрохімічних батарей, які орієнтуються на тривале підтримання харчування з певними параметрами. Але чи можливе застосування суперконденсатора замість акумулятора на автомобілі з урахуванням даної експлуатаційної особливості? З високою часткою ймовірності передові автоконцерни і будуть використовувати конденсатори високої питомої ємності, але тільки в спеціальних гібридних версій, що поєднують у собі позитивні якості ионисторов як таких і традиційних електрохімічних компонентів. Приміром, сьогодні подібні рішення застосовуються у вигляді поєднання електрохімічної свинцево-кислотної структури і суперконденсатора. Автор: Андрій Райтер 30 Жовтня, 2018

Категория: Автотехника