Батареянын ордуна суперконденсаторлор: түзмөк, функцияларды салыштыруу, колдонуунун артыкчылыктары, сын-пикирлер

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-02-19 17:29

Жогорку өзгөчө сыйымдуулук идеясы 1960-жылдары изилденген, бирок бүгүнкү күндө акыркы продукттун аткаруу касиеттеринин уникалдуу айкалышынан улам бул технологияга кызыгуунун жаңы толкуну пайда болду. Бүгүнкү күндө бул технологиянын негизинде суперконденсаторлордун жана ультра конденсаторлордун ар кандай модификациялары чыгарылууда, алар толук кандуу кубаттуу батарея катары каралышы мүмкүн. Төмөндө көрсөтүлгөн суперконденсатор концепциялары алардын кадимки батарея топтомдору (батареялар) менен келечектеги атаандаштыгы анчалык деле фантастикалык эмес экенин көрсөтүп турат.

Суперконденсатор деген эмне?

Негизи, бул компакт конденсатор түрүндө жасалган оптималдаштырылган электрохимиялык батарея. Аппаратты типтүү менен үстүртөн салыштыруу менен дамашиненин аккумулятору, сиз өлчөмдөгү айкын айырманы баса белгилей аласыз, ал эми иш жүзүндө пайда дагы узак кызмат мөөнөтү жана күч түрүндө пайда болот. Башкача айтканда, батарейканын ордуна суперконденсаторлор колдонулушу мүмкүн, бирок энергия потенциалын топтоо жагынан чектөөлөрдөн улам кээ бир эскертүүлөр бар. Мындай нюанстар ионисторлордун технологиялык өнүгүүсүнүн жеткилеңсиздигинен дагы эле орун алууда, бирок жагдай рыноктун басымы астында, анын батареяларга болгон талаптарынын өсүшү менен өзгөрүүдө.

Дизайн жана продукт дизайны

Бул конденсатордун негизин эки электрод түзөт, алардын ортосуна салттуу түрдө электролиттик чөйрө жайгашат. Батареядан айырмачылыктарды электроддорду жасоо үчүн материалдардын түзүлүшүнөн байкаса болот, пластинкалары тешиктүү активдештирилген көмүр менен капталган. Электролитке келсек, бул кубаттуулукта органикалык жана органикалык эмес аралашмалар колдонулушу мүмкүн. Структуралык жактан суперконденсаторлордун структурасында изоляциянын техникалык чечими да өзгөчөлөнүп турат. Диэлектрик катмары бар аккумулятордук алюминий плиталарынын ордуна иондук жана электрондук өткөргүчтүктүн оптималдуу касиеттери бар компоненттер колдонулат. Эгерде суперконденсатордун батарея катары колдонулушу жөнүндөгү концепцияны уланта турган болсок, анда көзөнөктүү көмүртек электрондук өткөргүч катары, ал эми күкүрт кислотасынын эритмеси иондук өткөргүч катары иштей алат. Ошентип, электроддор арасында оптималдуу зарядды бөлүү катмары көлөмдүү изоляторлор кошумча кошулбастан камсыздалышы мүмкүн.

Суперконденсаторлордун түрлөрү

Бүгүнкү күндө ионисторлорду өнүктүрүүнүн бир нече багыттары бар. Эң көрүнүктүү жана келечектүү түзмөктөрдүн төмөнкү түрлөрү:

• Кош катмарлуу конденсаторлор. Электролит катары электр өткөргүч материалдан жасалган жогоруда аталган электроддор колдонулган стандарт модели жана атайын сепаратор колдонулат. Энергетикалык потенциалдын топтолушу электроддордогу заряддын бөлүнүшүнүн натыйжасында пайда болот.
• Псевдоконденсаторлор. Бул түрдөгү суперконденсатордон жасалган кайра заряддоого боло турган батарея абдан ийгиликтүү чечим болушу мүмкүн, анткени ал энергияны сактоонун өнүккөн жолдорун сунуштайт. Биринчиден, кадимки аккумуляторлордо энергия топтоо процесстери менен байланышкан Фарадей механизминин принциби иштетилет. Экинчиден, кош электр катмарындагы электроддордун ортосундагы электростатикалык өз ара аракеттенүүнүн негизги схемасы да сакталган.
• Гибриддик конденсаторлор. Батареялардын жана конденсаторлордун жеке оң өзгөчөлүктөрүн бириктирген аралык түшүнүк. Мындай түзүлүштөр, адатта, аралаш оксиддерден жана легирленген полимерлерден жасалган электроддордун айкалышын колдонушат. Бул багытты андан ары өнүктүрүү көмүртек ташыгычтар жана өткөргүч полимерлер менен толукталган композиттик материалдарды колдонуу менен байланышкан.

Негизги функциялар

Бүгүнкү күндө ионисторлордун ишинин так белгиленген көрсөткүчтөрү жөнүндө сөз кылуу кыйын, анткенитехнология тынымсыз өркүндөтүлүп, электрохимиялык ток булактарын жакшыртуу үчүн оңдолуп турат. Бирок биз суперконденсаторлордун негизги мүнөздөмөлөрү боюнча орточо маалыматтарды ала турган болсок, анда конкреттүү көрсөткүчтөр мындай болот:

• Заряддоо убактысы - 1ден 10 секундга чейин
• Заряддоо циклдарынын саны 1 миллионго жакын, бул 30 000 саатка туура келет.
• Блоктук уячадагы чыңалуу - 2,3тен 2,75 Вга чейин диапазон.
• Энергия сыйымдуулугу - стандарттык маани 5 Втсаат/кг.
• Күч - болжол менен 10 000 Вт/кг.
• Узактыгы - 15 жылга чейин.
• Иштөө температурасы -40°Cден 65°Cге чейин.

Кадимки батарейкалар менен салыштыруу

Негизги айырмалоочу параметрлери болуп энергиянын топтолуу ылдамдыгы жана электр зарядынын кайтаруу даражасы саналат. Окшош өлчөмдөрү менен суперконденсатордун жанында электр потенциалынын кош катмарын колдонуунун натыйжасында электроддордун жумушчу бетинин аянты көбөйөт. Башкача айтканда, биз аккумулятордун жана конденсатордун эң жакшы касиеттерин айкалыштыруу жөнүндө сөз кыла алабыз. Эгерде биз аккумулятордун жана суперконденсатордун агымдарынын бөлүштүрүлүшүн жүккө салыштырсак, анда керектелген токтун көлөмдөрүнүн бирдейлиги жалпысынан бирдей болот, бирок эки оңдоо менен. Батареянын иштеши учурунда блоктун төмөнкү бөлүгүндө жайгашкан элементке карай эң чоң токту жылдырууга болот, ал эми ионисторлордо, негизинен, чыңалуу төмөн болгондуктан потенциал азыраак болот. Ошондой эле, олуттуу айырмачылыктар жумушчу ресурстун айырмасын камтыйт - суперконденсаторлор болжол менен 25-30% көбүрөөк убакыт кызмат кылат.аткарыла турган иш циклдарынын жогорку көрсөткүчү.

Иштетүү суперконденсаторлорунун артыкчылыктары

Эгерде биз жалпысынан батарейканын ордуна суперконденсаторлорду колдонуунун оң натыйжаларын эске алсак, анда төмөнкү сапаттар биринчи планга чыгат:

• Суперконденсаторлордун жогорку энергия тыгыздыгы аларды электрондук түзүлүштөрдө кыска мөөнөттүү кубат булагы катары колдонууга мүмкүндүк берет.
• Экологиялык коопсуздук. Албетте, долбоордо электрохимиялык компоненттер дагы эле сакталып турат, бирок алардын уулуу таасирлери тынымсыз азаят.
• Энергияны кайра жаралуучу булактардан пайдалануу мүмкүнчүлүгү - шамал, күн, суу жана жер.
• Батареяларды структуралык интеграциялоонун мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтүү - мисалы, татаал электр станцияларын, гибриддик электр машиналарын, водород менен иштеген унааларды ж.б. тейлөө үчүн.

Кадимки конденсаторго салыштырмалуу суперконденсатордун айрым артыкчылыктарын белгилей кетүү керек. Алардын саны аз, бирок энергияны сактоо үчүн чоң кубаттуулук принципиалдуу мааниге ээ. Бул көрсөткүчкө ылайык, ионисторлордун бардык модификациялары батарейкалар менен атаандаша албайт, бирок электр кубаттуулугу боюнча конденсаторлорго салыштырмалуу алар ишенимдүү жеңишке жетишет.

Суперконденсаторлор боюнча оң пикирлер

Суперконденсаторлорду сыноо жана жарым-жартылай колдонуу бүгүнкү күндө ар кандай тармактарда ишке ашат. Бул аппараттардын иштеши боюнча сын-пикирлер көрсөтүп тургандай, алар жогорку жөнүндө өндүрүүчүлөрдүн билдирүүлөрүн тастыктайтишенимдүүлүк, экологиялык коопсуздук жана жогорку кубаттуулук. Суперконденсаторлорду жана батарейкаларды салыштыруу жагынан өзгөчө маанилүү нерсе, биринчиси физикалык иштетүүдө өзгөчө шарттарды түзүүнү талап кылбайт. Бул жарым-жартылай компоненттердин ошол эле төмөн уулуулугу менен шартталган, бирок көбүрөөк даражада иштөө эргономикасы корпустун коргоонун жогорку даражасына байланыштуу. Башкача айтканда, колдонуучуга мөөр басылган шарттарда суперконденсаторлорду тейлөө үчүн атайын түзүлүштөрдү берүүнүн кереги жок. Аз салмак жана оптималдаштырылган өлчөмдөр күнүмдүк тейлөө операцияларын аткарууну жеңилдетет.

Суперконденсаторлор боюнча терс сын-пикирлер

Мындай конденсаторлордун кемчиликтери да бар, алар иш жүзүндө да ачык көрүнүп турат. Атап айтканда, колдонуучулар алардын энергиянын төмөн тыгыздыгын, аз өндүрүмдүүлүгүн жана дайыма эле жетиштүү эмес чыңалуу деңгээлин белгилешет, бул бир максаттуу керектөөчү бирдикти тейлөө үчүн бир нече элементтерди колдонууну талап кылат. Көп жагынан алганда, бул кемчиликтер бүгүнкү күндө батарейкалардын ордуна суперконденсаторлорду колдонууга жол бербейт, бирок, дагы бир жолу, технологиялык өнүгүү бул көйгөйлөрдү чече алат.

Конденсаторлордун өнүгүү келечеги

Эксперттердин жана батареяларды иштеп чыгуучулардын айтымында, жакынкы келечекте жаңы муундагы конденсаторлор бардык жерде колдонулат. Бул приборлордун салыштырма кубаттуулугун активдуу жогорулатуунун эсебинен мумкун болот. Бул татыктуубиринчи кезекте өлчөмдөрүнө жана салмагына тиешелүү суперконденсаторлордун техникалык жана структуралык мүнөздөмөлөрүн кошуу жана өркүндөтүү. Ошол эле учурда, бүгүнкү күндө 2,5 мВт чейин кубаттуулуктагы ионисторлорду сыноолор уюштурулуп жатат. Келечекте мындай системалар транспорт тармактарын, өнөр жай объектилерин жана турак жай комплекстерин тейлөөдө колдонулушу мүмкүн.

Тыянак

Суперконденсатор концепциясы жандуу заряд менен электр менен жабдууга кыска мөөнөттүү муктаждык болгон кырдаалдарда оптималдуу чечим болуп эсептелет. Жарым-жартылай, бул белгилүү бир параметрлери менен электр энергиясын узак мөөнөттүү тейлөөгө багытталган электрохимиялык батарейкалардын идеясы менен карама-каршы келет. Бирок, бул операциялык өзгөчөлүгүн эске алганда, унаада аккумулятордун ордуна суперконденсаторду колдонууга болобу? Ыктымалдуулуктун жогорку даражасы менен өнүккөн автоконцерндер жогорку сыйымдуулуктагы конденсаторлорду колдонушат, бирок суперконденсаторлордун оң сапаттарын жана салттуу электрохимиялык компоненттерди бириктирген атайын гибриддик версияларында гана. Мисалы, бүгүнкү күндө мындай эритмелер электрохимиялык коргошун-кислота структурасы менен суперконденсатордун айкалышы түрүндө колдонулат.