Суперкондензатори — устройство, практическо приложение, предимства и недостатъци

Какво е суперкондензатор

Суперкондензаторите или суперкондензаторите приличат на обикновени електролитни кондензатори, въпреки че се различават от последните в много по-висок електрически капацитет (изключително големи кондензатори). По отношение на своите свойства, йонисторът е кръстоска между батерия и кондензатор. Устройството му може да се опише като кондензатор с електрически двоен слой, не напразно суперкондензаторите се наричат ​​EDLC — Electric Double Layer Capacitor в английските ресурси.

Такъв кондензатор работи благодарение на електрохимичните процеси, протичащи в него, а не просто поради електрическото поле, съхранено в диелектрика между плочите, както в конвенционалния кондензатор. Между плочите няма класически диелектричен слой, а самите плочи са направени от вещества, различни по носители на заряд от противоположния тип.

Дотолкова доколкото капацитет на кондензатора е правопропорционален на площта на плочите му; за да се получи голям капацитет, е необходимо да има обширна площ на плочите. Именно поради тази причина електродите на суперкондензатора обикновено са направени от разпенен въглерод, което дава много значителна площ от «плочи».

Електродите са разделени чрез сепаратор и са в твърд кисел или алкален електролит. Сепараторът елиминира късо съединение между електродите. Кристалният електролит от рубидий, сребро и йод прави възможно създаването на йонистори с голям капацитет с ниско саморазреждане, устойчиви на ниски температури.

Суперкондензатори с ниско вътрешно съпротивление се получават например на базата на разтвор на сярна киселина, но работното напрежение на такива суперкондензатори е ограничено до 1 волта, освен това такива разтвори са токсични, поради което се използват рядко.

Електрохимична реакция в суперкондензатора кара някои от електроните да напуснат електродите, което зарежда електродите положително. Отрицателните йони се привличат от електролита към положително заредените електроди. Това образува електрически слой.

В резултат на това зарядът на суперкондензатора се съхранява на границата между въглерод и електролит, а дебелината на електрическия слой, образуван от катиони и аниони, е само 1-5 nm, което е еквивалентно на много малко разстояние между плочите на кондензатора. Това води до значителен капацитет, измерен с фаради. Суперкондензаторът е полярен, следователно, когато е свързан към веригата, е необходимо да се спазва правилната полярност.

Приложение на суперкондензатори

Днес суперкондензаторите често се срещат в цифровата технология като резервни захранващи устройства за микроконтролери, схеми на памет, CMOS микросхеми, електронни часовници и др.

Когато се използват заедно с батерии, суперкондензаторите също могат да увеличат ефективността си и да позволят намаляване на теглото и размера на батериите, като осигуряват допълнителна мощност по време на пикови натоварвания.

Като са в междинно положение между кондензатори и батерии, суперкондензаторите са приложими в различни области: съхранение на енергия в регенеративни спирачни системи, приложения с ниска мощност и приложения за бързо зареждане (светкавица, плейър, памет и т.н.).

V бъдещето вероятно ще включва преносими електронни устройства, електрически автомобили и всичко, което днес работи на батерии, с предимството, че те могат да бъдат заредени за минути. Суперкондензаторите също са незаменими, когато се изискват голям брой цикли на зареждане-разреждане в условия на краткотрайна консумация на енергия.

Ние изброяваме само някои от областите на успешно прилагане на суперкондензатори днес:

• вятърната енергия,
• медицинско оборудване,
• излишно захранване,
• енергиен запас,
• регенериране на спирачната енергия,
• храна за потребителска електроника и кухненски уреди,
• захранване на светодиоди и сензори,
• резервна памет,
• поддържане на захранването на електронни брави,
• стабилизация на напрежението.

Предимства и недостатъци

Недостатъците на суперкондензаторите включват ниско работно напрежение (до 2,7 волта на клетка, което води до необходимостта от събиране на суперкондензатори в батерии) и доста висока цена в сравнение с батериите и кондензаторите.

Положителни характеристики на суперкондензаторите: скорост на зареждане и разреждане, ресурс от стотици хиляди цикли, без поддръжка, малък размер и тегло, лекота на използване, широк диапазон на работните температури, дълъг експлоатационен живот.

Вижте също: Каква е разликата между батериите и кондензаторите