Kondensator to element magazynujący ładunek elektryczny. Zasada magazynowania energii w kondensatorach i ultrakondensatorach (EDLC) jest taka sama – oba gromadzą ładunek w postaci pola elektrostatycznego, ale superkondensator jest bardziej odpowiedni do szybkiego uwalniania i magazynowania energii, szczególnie w przypadku precyzyjnego sterowania energią i urządzeń o natychmiastowym obciążeniu.
Omówmy poniżej główne typy konwencjonalnych kondensatorów i superkondensatorów.
| Elementy porównania | Konwencjonalny kondensator | Superkondensator |
| Przegląd | Kondensator konwencjonalny to dielektryk magazynujący ładunek statyczny, który może mieć stały ładunek i jest szeroko stosowany. Jest niezbędnym elementem elektronicznym w dziedzinie zasilania urządzeń elektronicznych. | Superkondensator, znany również jako kondensator elektrochemiczny, kondensator dwuwarstwowy, kondensator złoty, kondensator Faradaya, to element elektrochemiczny opracowany w latach 70. i 80. XX wieku w celu magazynowania energii poprzez polaryzację elektrolitu. |
| Budowa | Konwencjonalny kondensator składa się z dwóch metalowych przewodników (elektrod) umieszczonych blisko siebie równolegle, ale nie stykających się ze sobą, z izolującym dielektrykiem pomiędzy nimi. | Superkondensator składa się z elektrody, elektrolitu (zawierającego sól elektrolityczną) i separatora (uniemożliwiającego kontakt pomiędzy elektrodami dodatnimi i ujemnymi). Elektrody pokryte są węglem aktywnym, który ma na swojej powierzchni drobne pory, co zwiększa powierzchnię elektrod i pozwala zaoszczędzić energię elektryczną. |
| Materiały dielektryczne | Jako dielektryki pomiędzy elektrodami w kondensatorach stosuje się tlenek glinu, folie polimerowe lub ceramikę. | Superkondensator nie posiada dielektryka. Zamiast dielektryka wykorzystuje podwójną warstwę elektryczną utworzoną z ciała stałego (elektrody) i cieczy (elektrolitu) na styku. |
| Zasada działania | Zasada działania kondensatora polega na tym, że ładunek przemieszcza się pod wpływem siły pola elektrycznego. Gdy pomiędzy przewodnikami znajduje się dielektryk, utrudnia on przemieszczanie się ładunku i powoduje jego gromadzenie się na przewodniku. W rezultacie dochodzi do gromadzenia się ładunku. | Superkondensatory z kolei osiągają dwuwarstwowe magazynowanie energii ładunku poprzez polaryzację elektrolitu, a także poprzez pseudopojemnościowe ładunki redoks. Proces magazynowania energii w superkondensatorach jest odwracalny, bez konieczności reakcji chemicznych, dzięki czemu można je wielokrotnie ładować i rozładowywać, nawet setki tysięcy razy. |
| Pojemność | Mniejsza pojemność. Ogólna pojemność waha się od kilku pF do kilku tysięcy μF. | Większa pojemność. Pojemność superkondensatora jest tak duża, że może być on wykorzystywany jako bateria. Pojemność superkondensatora zależy od odległości między elektrodami i ich powierzchni. Dlatego elektrody są powlekane węglem aktywnym, aby zwiększyć powierzchnię i uzyskać wysoką pojemność. |
| Gęstość energii | Niski | Wysoki |
| Energia właściwa | <0,1 Wh/kg | 1-10 Wh/kg |
| Moc właściwa | 100 000+ Wh/kg | 10 000+ Wh/kg |
| Czas ładowania/rozładowania | Czas ładowania i rozładowywania konwencjonalnych kondensatorów wynosi zazwyczaj 103–106 sekund. | Ultrakondensatory mogą dostarczać ładunek szybciej niż akumulatory, nawet w 10 sekund, i magazynować więcej ładunku na jednostkę objętości niż konwencjonalne kondensatory. Dlatego zalicza się je do grupy akumulatorów i kondensatorów elektrolitycznych. |
| Żywotność cyklu ładowania/rozładowania | Krótszy | Dłużej (zwykle 100 000+, do 1 miliona cykli, ponad 10 lat stosowania) |
| Wydajność ładowania/rozładowywania | >95% | 85%-98% |
| Temperatura pracy | -20 do 70℃ | -40 do 70℃ (Lepsze właściwości w bardzo niskich temperaturach i szerszy zakres temperatur) |
| Napięcie znamionowe | Wyższy | Niżej (zwykle 2,5 V) |
| Koszt | Niżej | Wyższy |
| Korzyść | Mniejsze straty Wysoka gęstość integracji Sterowanie mocą czynną i bierną | Długa żywotność Bardzo duża pojemność Szybki czas ładowania i rozładowywania Wysoki prąd obciążenia Szerszy zakres temperatur pracy |
| Aplikacja | ▶Płynne zasilanie wyjściowe; ▶Korekcja współczynnika mocy (PFC); ▶Filtry częstotliwościowe: górnoprzepustowy, dolnoprzepustowy; ▶Sprzęganie i rozsprzęganie sygnałów; ▶Rozruszniki silników; ▶Bufory (ochronniki przeciwprzepięciowe i filtry przeciwzakłóceniowe); ▶Oscylatory. | ▶Nowe pojazdy energetyczne, koleje i inne zastosowania transportowe; ▶Zasilanie awaryjne (UPS) zastępujące banki kondensatorów elektrolitycznych; ▶Zasilanie telefonów komórkowych, laptopów, urządzeń przenośnych itp.; ▶Wkrętarki elektryczne akumulatorowe, które można w pełni naładować w ciągu kilku minut; ▶Systemy oświetlenia awaryjnego i urządzenia generujące impulsy elektryczne dużej mocy; ▶Układy IC, RAM, CMOS, zegary i mikrokomputery itp. |
Jeśli chcesz coś dodać lub podzielić się swoimi spostrzeżeniami, skontaktuj się z nami.
Czas publikacji: 22-12-2021