Szuperkondenzátorok — eszköz, gyakorlati alkalmazás, előnyei és hátrányai

Mi az a szuperkondenzátor

A szuperkondenzátorok vagy szuperkondenzátorok a közönséges elektrolitkondenzátorokhoz hasonlítanak, bár az utóbbiaktól sokkal nagyobb elektromos kapacitásukban különböznek (rendkívül nagy kondenzátorok). Tulajdonságait tekintve az ionisztor az akkumulátor és a kondenzátor keresztezése. Készüléke elektromos duplarétegű kondenzátornak mondható, nem hiába nevezik a szuperkondenzátorokat angol forrásokban EDLC — Electric Double Layer Capacitor néven.

Egy ilyen kondenzátor a benne zajló elektrokémiai folyamatoknak köszönhetően működik, és nem egyszerűen a lemezek közötti dielektrikumban tárolt elektromos térnek köszönhetően, mint egy hagyományos kondenzátorban. A lemezek között nincs klasszikus dielektromos réteg, maguk a lemezek ellentétes típusú töltéshordozókban eltérő anyagokból készülnek.

Olyan mértékben, hogy a kondenzátor kapacitása egyenesen arányos a lemezek területével; a nagy kapacitás eléréséhez a lemezek kiterjedt területére van szükség. Ez az oka annak, hogy a szuperkondenzátor elektródái általában habosított szénből készülnek, ami nagyon jelentős "lemez" területet ad.

Az elektródákat szeparátor választja el egymástól, és szilárd savban vagy lúgos elektrolitban vannak. Az elválasztó kiküszöböli az elektródák közötti rövidzárlatot. A rubídium, ezüst és jód kristályos elektrolitja lehetővé teszi nagy kapacitású, alacsony önkisülésű, alacsony hőmérsékletnek ellenálló ionisztorok készítését.

Kis belső ellenállású szuperkondenzátorokat kapnak például kénsavoldat alapján, de az ilyen szuperkondenzátorok üzemi feszültsége 1 voltra korlátozódik, ráadásul az ilyen oldatok mérgezőek, ezért ritkán használják őket.

A szuperkondenzátorban zajló elektrokémiai reakció hatására az elektronok egy része elhagyja az elektródákat, ami pozitívan tölti fel az elektródákat. A negatív ionokat az elektrolit vonzza a pozitív töltésű elektródákhoz. Ez elektromos réteget képez.

Ennek eredményeként a szuperkondenzátor töltése a szén és az elektrolit határfelületén tárolódik, és a kationok és anionok alkotta elektromos réteg vastagsága mindössze 1-5 nm, ami egy nagyon kis távolságnak felel meg a kondenzátorlemezek között. . Ez jelentős kapacitást eredményez faradokban mérve. A szuperkondenzátor poláris, ezért az áramkörhöz való csatlakoztatáskor ügyelni kell a helyes polaritásra.

Szuperkondenzátorok alkalmazása

Manapság a szuperkondenzátorok gyakran megtalálhatók a digitális technológiában mikrokontrollerek, memóriaáramkörök, CMOS-chipek, elektronikus órák stb. tartalék tápegységeként.

Akkumulátorokkal együtt használva a szuperkondenzátorok növelhetik a hatékonyságot, és lehetővé teszik az akkumulátorok súlyának és méretének csökkentését, így további teljesítményt biztosítanak a csúcsterhelés alatt.

A kondenzátorok és akkumulátorok közötti közbenső helyzetben lévő szuperkondenzátorok különféle területeken alkalmazhatók: energiatárolás regeneratív fékrendszerekben, kis teljesítményű alkalmazások és gyorstöltő alkalmazások (villám, lejátszó, memória stb.).

A jövő valószínűleg a hordozható elektronikai eszközöket, az elektromos autókat és bármit, ami ma akkumulátorral működik, azzal az előnnyel, hogy percek alatt feltölthető. A szuperkondenzátorok akkor is nélkülözhetetlenek, ha nagyszámú töltési-kisütési ciklusra van szükség rövid távú energiafogyasztás esetén.

A szuperkondenzátorok mai sikeres alkalmazási területei közül csak néhányat sorolunk fel:

• Szélenergia,
• orvosi felszerelés,
• redundáns tápegység,
• energiatartalék,
• fékenergia regeneráció,
• élelmiszerek fogyasztói elektronikai és konyhai készülékek számára,
• LED-ek és érzékelők tápellátása,
• tartalék memória,
• az elektronikus zárak áramellátásának fenntartása,
• feszültség stabilizálás.

Előnyök és hátrányok

A szuperkondenzátorok hátrányai közé tartozik az alacsony üzemi feszültség (legfeljebb 2,7 volt cellánként, ami ahhoz vezet, hogy a szuperkondenzátorokat akkumulátorokban kell gyűjteni), valamint az akkumulátorokhoz és kondenzátorokhoz képest meglehetősen magas ár.

A szuperkondenzátorok pozitív jellemzői: töltési és kisütési sebesség, több százezer ciklus erőforrása, karbantartásmentes, kis méret és súly, könnyű kezelhetőség, széles üzemi hőmérséklet tartomány, hosszú élettartam.

Lásd még: Mi a különbség az akkumulátorok és a kondenzátorok között