Батерейны оронд суперконденсаторууд: төхөөрөмж, онцлогийн харьцуулалт, ашиглалтын ашиг тус, тойм

2024 Зохиолч: Erin Ralphs | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-02-19 17:45

Өндөр хувийн багтаамжийн тухай санааг 1960-аад онд судалж байсан боловч өнөөдөр эцсийн бүтээгдэхүүний гүйцэтгэлийн шинж чанаруудын өвөрмөц хослолын улмаас энэ технологийг сонирхох шинэ давалгаа гарч байна. Өнөөдөр энэхүү технологийн үндсэн дээр суперконденсатор ба хэт конденсаторуудын янз бүрийн өөрчлөлтүүдийг үйлдвэрлэж байгаа бөгөөд үүнийг бүрэн хүчин чадалтай батерей гэж үзэж болно. Доор үзүүлсэн суперконденсаторын концепцууд нь тэдний ирээдүйн ердийн батерей (батерей)-тай өрсөлдөх нь тийм ч гайхалтай биш гэдгийг харуулж байна.

Супер конденсатор гэж юу вэ?

Үнэндээ энэ нь авсаархан конденсатор хэлбэрээр хийгдсэн оновчтой цахилгаан химийн батерей юм. Төхөөрөмжийг ердийнхтэй харьцуулсан ч гэсэнавтомашины батерейг ашигласнаар та хэмжээсийн илэрхий ялгааг онцолж болох бөгөөд практик дээр ашиг тус нь урт хугацааны ашиглалтын хугацаа, хүч чадал хэлбэрээр гарч ирэх болно. Өөрөөр хэлбэл, батерейны оронд суперконденсаторыг ашиглаж болно, гэхдээ эрчим хүчний нөөцийн хуримтлал хязгаарлагдмал тул зарим тайлбартай байдаг. Ионисторуудын технологийн хөгжлийн төгс бус байдлаас болж ийм нюансууд байсаар байгаа ч батерейнд тавигдах шаардлага улам бүр нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор нөхцөл байдал зах зээлийн дарамтын дор өөрчлөгдөж байна.

Дизайн ба бүтээгдэхүүний дизайн

Энэ конденсаторын суурь нь хоёр электродоос бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн хооронд уламжлалт байдлаар электролитийн орчин байрладаг. Батерейгаас ялгаатай нь ялтсууд нь сүвэрхэг идэвхжүүлсэн нүүрсээр бүрсэн электрод үйлдвэрлэх материалын бүтцэд ажиглагдаж болно. Электролитийн хувьд энэ хүчин чадалд органик болон органик бус хольцыг ашиглаж болно. Бүтцийн хувьд хэт конденсаторуудын бүтэц дэх тусгаарлагчийн техникийн шийдэл нь бас онцгой юм. Диэлектрик давхаргатай батерейны хөнгөн цагаан хавтангийн оронд ионы болон электрон дамжуулалтын оновчтой шинж чанартай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг. Хэрэв бид суперконденсаторыг батерей болгон ашиглах боломжтой гэсэн ойлголтыг үргэлжлүүлбэл сүвэрхэг нүүрстөрөгч нь электрон дамжуулагчийн үүргийг гүйцэтгэж, хүхрийн хүчлийн уусмал нь ионы дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэх болно. Ийм байдлаар их хэмжээний тусгаарлагчийг нэмэлт оруулахгүйгээр электродуудын хоорондох цэнэгийг хамгийн оновчтой тусгаарлах давхаргыг бий болгож чадна.

Супер конденсаторын төрөл

Өнөөдөр аль хэдийн ионисторыг хөгжүүлэх хэд хэдэн чиглэл бий. Хамгийн анхаарал татахуйц бөгөөд ирээдүйтэй нь дараах төрлийн төхөөрөмжүүд юм:

• Давхар давхар конденсатор. Цахилгаан дамжуулагч материалаар хийсэн дээр дурдсан электродуудыг ашигладаг стандарт загвар, тусгай тусгаарлагчийг электролит болгон ашигладаг. Энергийн потенциалын хуримтлал нь электродууд дээрх цэнэгийг салгасны үр дүнд үүсдэг.
• Псевдоконденсаторууд. Энэ төрлийн суперконденсатороор хийсэн цэнэглэдэг батерей нь эрчим хүчийг хадгалах илүү дэвшилтэт аргуудыг санал болгодог тул маш амжилттай шийдэл байж болно. Нэгдүгээрт, ердийн батерейнд эрчим хүч хуримтлуулах үйл явцтай холбоотой Фарадей механизмын зарчим идэвхждэг. Хоёрдугаарт, давхар цахилгаан давхарга дахь электродуудын хоорондох электростатик харилцан үйлчлэлийн үндсэн схем хадгалагдан үлджээ.
• Гибрид конденсатор. Батерей ба конденсаторын хувь хүний эерэг шинж чанарыг хослуулсан завсрын ойлголт. Ийм төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн холимог исэл ба нэмэлт полимерээр хийсэн электродыг хослуулан хэрэглэдэг. Энэ чиглэлийн цаашдын хөгжил нь нүүрстөрөгчийн зөөгч болон дамжуулагч полимерээр баяжуулсан нийлмэл материалыг ашиглахтай холбоотой юм.

Гол онцлог

Өнөөдөр ионисторуудын сайн тогтсон гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийн талаар ярихад хэцүү байна, учир ньтехнологийг байнга сайжруулж, цахилгаан химийн гүйдлийн эх үүсвэрийг сайжруулахад тохируулж байна. Гэхдээ хэрэв бид суперконденсаторуудын үндсэн шинж чанаруудын дундаж өгөгдлийг авбал тодорхой үзүүлэлтүүд иймэрхүү харагдах болно:

• Цэнэглэх хугацаа - 1-10 секунд
• Цэнэглэх мөчлөгийн тоо 1 сая орчим бөгөөд энэ нь 30,000 цагтай тохирч байна.
• Блокны үүрний хүчдэл - 2.3-аас 2.75 В-ын хооронд хэлбэлзэнэ.
• Энергийн эрчим - стандарт утга 5 Втц/кг.
• Хүч - ойролцоогоор 10,000 Вт/кг.
• Бат бөх - 15 жил хүртэл.
• Ашиглалтын температур -40°C - 65°C.

Ердийн батерейтай харьцуулах

Гол ялгах үзүүлэлтүүд нь эрчим хүчний хуримтлалын хурд ба цахилгаан цэнэгийн өгөөжийн зэрэг юм. Ижил хэмжээтэй суперконденсаторын ойролцоо цахилгаан потенциалын давхар давхаргыг ашигласнаар электродын ажлын гадаргуугийн талбай нэмэгддэг. Өөрөөр хэлбэл, бид батерей болон конденсаторын хамгийн сайн шинж чанарыг хослуулах талаар ярьж болно. Хэрэв бид батерей ба суперконденсаторын гүйдлийн хуваарилалтыг ачаалалд харьцуулж үзвэл хэрэглэсэн гүйдлийн эзлэхүүний жигд байдал нь ерөнхийдөө ижил байх боловч хоёр залруулга хийх болно. Батерейг ажиллуулах явцад хамгийн их гүйдлийг блокийн доод хэсэгт байрлах элемент рүү шилжүүлэх боломжтой бөгөөд ионисторын хувьд зарчмын хувьд бага хүчдэлийн улмаас боломжит боломж бага байх болно. Түүнчлэн, мэдэгдэхүйц ялгаа нь ажлын нөөцийн ялгааг агуулдаг - суперконденсаторууд нь ойролцоогоор 25-30% урт хугацаанд үйлчилдэг.гүйцэтгэх боломжтой ажлын мөчлөгийн өндөр хувь.

Ашиглалтын суперконденсаторын давуу тал

Хэрэв бид батерейны оронд суперконденсатор ашиглах эерэг үр нөлөөг ерөнхийд нь авч үзвэл дараах чанарууд гарч ирнэ:

• Супер конденсаторуудын эрчим хүчний өндөр нягтрал нь тэдгээрийг электрон төхөөрөмжид богино хугацааны тэжээлийн эх үүсвэр болгон ашиглах боломжийг олгодог.
• Байгаль орчны аюулгүй байдал. Мэдээжийн хэрэг, цахилгаан химийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь загварт хадгалагдан үлдсэн боловч тэдгээрийн хортой нөлөө байнга буурч байна.
• Сэргээгдэх эх үүсвэр болох салхи, нар, ус, газрын эрчим хүчийг ашиглах боломж.
• Батерейг бүтцийн хувьд нэгтгэх боломжийг өргөжүүлэх - жишээлбэл, нарийн төвөгтэй цахилгаан станц, эрлийз цахилгаан машин, устөрөгчөөр ажилладаг тээврийн хэрэгсэл гэх мэт засвар үйлчилгээ хийх.

Ердийн конденсатортай харьцуулахад суперконденсаторын зарим давуу талыг дурдах нь зүйтэй. Тэдгээрийн цөөхөн нь байдаг, гэхдээ эрчим хүч хадгалах том хүчин чадал нь үндсэндээ чухал юм. Энэ үзүүлэлтийн дагуу ионисторын бүх өөрчлөлтүүд нь батерейтай өрсөлдөх чадваргүй боловч цахилгаан хүчин чадлын параметрийн конденсаторуудтай харьцуулахад тэд итгэлтэйгээр ялдаг.

Супер конденсаторуудын эерэг тойм

Өнөөдөр суперконденсаторуудыг турших, хэсэгчлэн ашиглах нь олон төрлийн үйлдвэрүүдэд явагддаг. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн ажиллагааны талаархи тоймуудаас харахад үйлдвэрлэгчдийн өндөр түвшний талаархи мэдэгдлийг баталж байнанайдвартай, байгаль орчны аюулгүй байдал, өндөр хүчин чадалтай. Суперконденсатор ба батерейг харьцуулах үүднээс онцгой чухал зүйл бол эхнийх нь бие махбодтой харьцахдаа тусгай нөхцлийг бүрдүүлэхийг тийм ч их шаарддаггүй. Энэ нь зарим талаараа бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ижил хоруу чанараас шалтгаалж байгаа боловч илүү их хэмжээгээр үйл ажиллагааны эргономик нь хэргийн өндөр түвшний хамгаалалттай холбоотой юм. Өөрөөр хэлбэл, хэрэглэгч битүүмжилсэн нөхцөлд суперконденсаторыг засварлах тусгай төхөөрөмжөөр хангах шаардлагагүй болно. Бага жинтэй, оновчтой хэмжээсүүд нь байнгын засвар үйлчилгээний ажлыг хийхэд хялбар болгодог.

Супер конденсаторуудын сөрөг тойм

Энэ төрлийн конденсаторуудад бас сул талууд байдаг бөгөөд энэ нь практик дээр ч тодорхой харагддаг. Ялангуяа хэрэглэгчид эрчим хүчний нягтрал бага, гүйцэтгэл багатай, хүчдэлийн түвшин үргэлж хангалтгүй байдаг тул нэг зорилтот хэрэглэгчдэд үйлчлэхийн тулд хэд хэдэн элемент ашиглах шаардлагатай болдог. Эдгээр дутагдлууд нь олон талаараа өнөөдөр батерейны оронд суперконденсатор ашиглахаас сэргийлж байгаа ч технологийн хөгжил эдгээр асуудлыг шийдэх магадлал өндөр байгаа юм.

Конденсаторыг хөгжүүлэх хэтийн төлөв

Мэргэжилтнүүд болон батерей хөгжүүлэгчдийн үзэж байгаагаар ойрын ирээдүйд шинэ үеийн конденсаторуудыг хаа сайгүй ашиглах болно. Энэ нь төхөөрөмжийн тодорхой хүчин чадлыг идэвхтэй нэмэгдүүлснээр боломжтой болно. Энэ нь үнэ цэнэтэй юмХэмжээ ба жинд хамаарах суперконденсаторуудын техникийн болон бүтцийн шинж чанарыг нэмж, сайжруулах. Үүний зэрэгцээ өнөөдөр 2.5 мВт хүртэл хүчин чадалтай ионисторуудын туршилтыг аль хэдийн зохион байгуулж байна. Ирээдүйд ийм системийг тээврийн сүлжээ, үйлдвэрлэлийн байгууламж, орон сууцны цогцолборын засвар үйлчилгээнд ашиглах боломжтой.

Дүгнэлт

Супер конденсаторын концепц нь гүйдлийн цэнэгтэй цахилгаан хангамжийн богино хугацааны хэрэгцээ байгаа нөхцөлд оновчтой шийдэл гэж үздэг. Зарим талаараа энэ нь тодорхой параметр бүхий цахилгаан эрчим хүчийг удаан хугацаанд хадгалахад чиглэсэн цахилгаан химийн батерейны санаатай зөрчилддөг. Гэхдээ энэ үйл ажиллагааны онцлогийг харгалзан машинд батерейны оронд суперконденсатор ашиглах боломжтой юу? Өндөр магадлалтайгаар, дэвшилтэт авто конденсаторууд нь өндөр хүчин чадалтай конденсаторуудыг ашиглах болно, гэхдээ зөвхөн суперконденсаторуудын эерэг чанарууд болон уламжлалт электрохимийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хослуулсан тусгай эрлийз хувилбаруудад л ашиглах болно. Жишээлбэл, өнөөдөр ийм уусмалыг цахилгаан химийн хар тугалганы хүчлийн бүтэц ба суперконденсаторын хослол хэлбэрээр ашиглаж байна.