Superkondenzátory — zariadenie, praktická aplikácia, výhody a nevýhody

Čo je superkondenzátor

Superkondenzátory alebo superkondenzátory sa podobajú bežným elektrolytickým kondenzátorom, hoci sa od nich líšia oveľa vyššou elektrickou kapacitou (extrémne veľké kondenzátory). Z hľadiska svojich vlastností je ionistor krížencom medzi batériou a kondenzátorom. Jeho zariadenie možno označiť ako kondenzátor s elektrickou dvojvrstvou, nie nadarmo sa superkondenzátory v anglických zdrojoch nazývajú EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Takýto kondenzátor funguje vďaka elektrochemickým procesom, ktoré v ňom prebiehajú, a nie len vďaka elektrickému poľu uloženému v dielektriku medzi doskami, ako v bežnom kondenzátore. Medzi platňami nie je klasická dielektrická vrstva a samotné platne sú vyrobené z látok odlišných v nosičoch náboja opačného typu.

Do tej miery kapacita kondenzátora je priamo úmerná ploche jeho dosiek; na získanie veľkej kapacity je potrebné mať veľkú plochu dosiek. Z tohto dôvodu sú elektródy superkondenzátora zvyčajne vyrobené z penového uhlíka, čo poskytuje veľmi významnú plochu „dosiek“.

Elektródy sú oddelené separátorom a sú v pevnom kyslom alebo alkalickom elektrolyte. Separátor eliminuje skrat medzi elektródami. Kryštalický elektrolyt rubídia, striebra a jódu umožňuje vytvárať vysokokapacitné ionizátory s nízkym samovybíjaním, odolné voči nízkym teplotám.

Superkondenzátory s nízkym vnútorným odporom sa získavajú napríklad na báze roztoku kyseliny sírovej, ale prevádzkové napätie takýchto superkondenzátorov je obmedzené na 1 volt, navyše sú takéto roztoky toxické, takže sa používajú len zriedka.

Elektrochemická reakcia v superkondenzátore spôsobí, že časť elektrónov opustí elektródy, čím sa elektródy pozitívne nabijú. Záporné ióny sú priťahované elektrolytom ku kladne nabitým elektródam. Toto tvorí elektrickú vrstvu.

Výsledkom je, že náboj superkondenzátora je uložený na rozhraní medzi uhlíkom a elektrolytom a hrúbka elektrickej vrstvy tvorenej katiónmi a aniónmi je iba 1-5 nm, čo zodpovedá veľmi malej vzdialenosti medzi doskami kondenzátora. . Výsledkom je významná kapacita meraná vo faradoch. Superkondenzátor je polárny, preto pri zapojení do obvodu je potrebné dodržať správnu polaritu.

Aplikácia superkondenzátorov

Dnes sa superkondenzátory často nachádzajú v digitálnej technike ako záložné napájacie zdroje pre mikrokontroléry, pamäťové obvody, čipy CMOS, elektronické hodiny a ďalšie.

Pri použití v spojení s batériami môžu superkondenzátory tiež zvýšiť účinnosť a umožniť zníženie hmotnosti a veľkosti batérií, čím poskytujú dodatočný výkon počas špičkového zaťaženia.

Keďže sú superkondenzátory v medzipolohe medzi kondenzátormi a batériami, sú použiteľné v rôznych oblastiach: akumulácia energie v regeneračných brzdových systémoch, aplikácie s nízkou spotrebou energie a aplikácie rýchleho nabíjania (blesk, prehrávač, pamäť atď.).

Budúcnosť bude pravdepodobne zahŕňať prenosné elektronické zariadenia, elektrické autá a čokoľvek, čo dnes funguje na batérie, s výhodou, že sa dajú nabiť za pár minút. Superkondenzátory sú tiež nevyhnutné, keď je v podmienkach krátkodobej spotreby energie potrebný veľký počet cyklov nabíjania a vybíjania.

Dnes uvádzame len niektoré oblasti úspešnej aplikácie superkondenzátorov:

• veterná energia,
• medicínske vybavenie,
• redundantné napájanie,
• energetická rezerva,
• regenerácia brzdnej energie,
• potraviny pre spotrebnú elektroniku a kuchynské spotrebiče,
• napájanie LED diód a senzorov,
• zálohovacia pamäť,
• udržiavanie napájania elektronických zámkov,
• stabilizácia napätia.

Výhody a nevýhody

Nevýhody superkondenzátorov zahŕňajú nízke prevádzkové napätie (až 2,7 V na článok, čo vedie k potrebe zhromažďovať superkondenzátory v batériách) a pomerne vysokú cenu v porovnaní s batériami a kondenzátormi.

Pozitívne vlastnosti superkondenzátorov: rýchlosť nabíjania a vybíjania, zdroj stoviek tisíc cyklov, bezúdržbovosť, malé rozmery a hmotnosť, jednoduchosť použitia, široký rozsah prevádzkových teplôt, dlhá životnosť.

Pozri tiež: Aký je rozdiel medzi batériami a kondenzátormi