Batareyalar oʻrniga superkondensatorlar: qurilma, xususiyatlarni taqqoslash, foydalanish afzalliklari, sharhlar

2024 Muallif: Erin Ralphs | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-02-19 19:57

Yuqori o'ziga xos sig'im g'oyasi 1960-yillarda o'rganilgan, ammo bugungi kunda yakuniy mahsulotning ishlash xususiyatlarining noyob kombinatsiyasi tufayli ushbu texnologiyaga qiziqishning yangi to'lqini mavjud. Bugungi kunda ushbu texnologiya asosida superkondensatorlar va ultrakapasitorlarning turli xil modifikatsiyalari ishlab chiqarilmoqda, ularni to'liq quvvatli batareya deb hisoblash mumkin. Quyida keltirilgan superkondensator tushunchalari ularning anʼanaviy akkumulyatorlar (batareyalar) bilan kelajakdagi raqobati unchalik ajoyib emasligini koʻrsatadi.

Superkondensator nima?

Aslida, bu ixcham kondansatör shaklida ishlab chiqarilgan optimallashtirilgan elektrokimyoviy batareyadir. Qurilmani odatdagi bilan kursoriy taqqoslash bilan hamavtomobil uchun batareya, siz o'lchamdagi aniq farqni ta'kidlashingiz mumkin va amalda foyda uzoqroq xizmat muddati va quvvat ko'rinishida yuzaga keladi. Boshqacha qilib aytganda, batareyalar o'rniga superkondensatorlardan foydalanish mumkin, garchi energiya potentsialini to'plash bo'yicha cheklovlar tufayli ba'zi rezervatsiyalar mavjud. Bunday nuanslar hali ham ionistorlarning texnologik rivojlanishining nomukammalligi tufayli ro'y beradi, ammo batareyalarga bo'lgan talab ortib borayotgan bozor bosimi ostida vaziyat o'zgarmoqda.

Dizayn va mahsulot dizayni

Ushbu kondensatorning asosini an'anaviy ravishda elektrolitik muhit o'rnatilgan ikkita elektrod tashkil qiladi. Batareyadan farqlar elektrodlarni ishlab chiqarish uchun materiallarning tuzilishida kuzatilishi mumkin, ularning plitalari gözenekli faol uglerod bilan qoplangan. Elektrolitga kelsak, bu quvvatda organik va noorganik aralashmalardan foydalanish mumkin. Strukturaviy ravishda, superkondensatorlar tuzilishidagi izolyatsiyaning texnik echimi ham ajralib turadi. Dielektrik qatlamli akkumulyator alyuminiy plitalari o'rniga ion va elektron o'tkazuvchanlikning optimal xususiyatlariga ega komponentlar qo'llaniladi. Agar superkondensatordan batareya sifatida foydalanish mumkin bo'lgan kontseptsiyani davom ettiradigan bo'lsak, g'ovakli uglerod elektron o'tkazgich rolini o'ynashi mumkin va sulfat kislota eritmasi ion o'tkazgich sifatida harakat qilishi mumkin. Shunday qilib, elektrodlar orasidagi optimal zaryadni ajratish qatlami katta hajmli izolyatorlarni qo'shimcha kiritmasdan ta'minlanishi mumkin.

Superkondensator turlari

Bugungi kunda ionistorlar rivojlanishining bir qancha yoʻnalishlari mavjud. Eng ko'zga tashlanadigan va istiqbolli qurilmalarning quyidagi turlari:

• Ikki qatlamli kondansatkichlar. Elektrolit sifatida elektr o'tkazuvchan materialdan tayyorlangan yuqorida ko'rsatilgan elektrodlardan foydalanadigan standart model va maxsus ajratgich ishlatiladi. Energiya potentsialining to'planishi elektrodlarda zaryadning ajralishi natijasida sodir bo'ladi.
• Psevdokapasitorlar. Ushbu turdagi superkondensatordan tayyorlangan qayta zaryadlanuvchi batareya juda muvaffaqiyatli yechim bo'lishi mumkin, chunki u energiyani saqlashning yanada ilg'or usullarini taklif qiladi. Birinchidan, an'anaviy batareyalarda energiya to'plash jarayonlari bilan bog'liq bo'lgan Faraday mexanizmi printsipi faollashadi. Ikkinchidan, er-xotin elektr qatlamdagi elektrodlar orasidagi elektrostatik o'zaro ta'sirning asosiy sxemasi ham saqlanib qolgan.
• Gibrid kondensatorlar. Batareyalar va kondansatkichlarning individual ijobiy xususiyatlarini birlashtirgan oraliq kontseptsiya. Bunday qurilmalar odatda aralash oksidlar va doplangan polimerlardan tayyorlangan elektrodlarning kombinatsiyasidan foydalanadi. Ushbu yo'nalishning keyingi rivojlanishi uglerod tashuvchilar va o'tkazuvchan polimerlar bilan to'ldirilgan kompozitsion materiallardan foydalanish bilan bog'liq.

Asosiy xususiyatlar

Bugungi kunda ionistorlarning aniq belgilangan ishlash ko'rsatkichlari haqida gapirish qiyin, chunkitexnologiya doimiy ravishda takomillashtirilmoqda va elektrokimyoviy oqim manbalarini yaxshilash uchun moslashtirilmoqda. Ammo agar biz superkondensatorlarning asosiy xarakteristikalari bo'yicha o'rtacha ma'lumotlarni oladigan bo'lsak, unda aniq ko'rsatkichlar quyidagicha ko'rinadi:

• Zaryadlash vaqti - 1 dan 10 soniyagacha
• Zaryadlash davrlari soni 1 millionga yaqin, bu 30 000 soatga to'g'ri keladi.
• Blok xujayrasidagi kuchlanish - 2,3 dan 2,75 V gacha.
• Energiya intensivligi - standart qiymat 5 Vtsoat/kg.
• Quvvat - taxminan 10 000 Vt/kg.
• Chidamlilik - 15 yilgacha.
• Ishlash harorati -40°C dan 65°C gacha.

An'anaviy batareyalar bilan taqqoslash

Asosiy farqlovchi parametrlar energiyaning toʻplanish tezligi va elektr zaryadini qaytarish darajasidir. Xuddi shunday o'lchamdagi superkondensator yaqinida ikki qavatli elektr potentsialidan foydalanish tufayli elektrodlarning ishchi yuzasi maydoni ortadi. Ya'ni, batareya va kondansatkichning eng yaxshi xususiyatlarini birlashtirish haqida gapirishimiz mumkin. Agar batareya va superkondensator oqimlarining taqsimlanishini yukga solishtirsak, unda iste'mol qilinadigan oqim hajmlarining bir xilligi odatda bir xil bo'ladi, lekin ikkita tuzatish bilan. Batareyaning ishlashi vaqtida blokning pastki qismida joylashgan elementga eng katta oqimni siljitish mumkin, va ionistorlar holatida, printsipial jihatdan, past kuchlanish tufayli potentsial kamroq bo'ladi. Bundan tashqari, sezilarli farqlar ishchi resursdagi farqni o'z ichiga oladi - superkondensatorlar taxminan 25-30% ko'proq vaqt xizmat qiladi.bajariladigan ish sikllarining yuqori darajasi.

Ishlaydigan superkondensatorlarning afzalliklari

Agar biz batareyalar oʻrniga superkondensatorlardan foydalanishning ijobiy taʼsirini umumiy hisoblasak, unda quyidagi fazilatlar birinchi oʻringa chiqadi:

• Superkondensatorlarning yuqori energiya zichligi ularni elektron qurilmalarda qisqa muddatli quvvat manbai sifatida ishlatish imkonini beradi.
• Ekologik xavfsizlik. Albatta, elektrokimyoviy komponentlar hali ham dizaynda saqlanib qolgan, ammo ularning toksik ta'siri doimiy ravishda kamayib bormoqda.
• Qayta tiklanadigan manbalardan energiyadan foydalanish imkoniyati - shamol, quyosh, suv va quruqlik.
• Batareyalarni strukturaviy integratsiya qilish imkoniyatlarini kengaytirish - masalan, murakkab elektr stansiyalari, gibrid elektr mashinalari, vodorod yoqilg'isi bilan ishlaydigan transport vositalari va boshqalarga texnik xizmat ko'rsatish uchun.

An'anaviy kondansatörga nisbatan superkondensatorning ba'zi afzalliklarini ta'kidlash kerak. Ulardan bir nechtasi bor, lekin energiyani saqlash uchun katta quvvat printsipial jihatdan muhimdir. Ushbu ko'rsatkichga ko'ra, ionistorlarning barcha modifikatsiyalari batareyalar bilan raqobatlasha olmaydi, ammo elektr quvvati parametridagi kondansatkichlarga nisbatan ular ishonchli tarzda g'alaba qozonishadi.

Superkondensatorlar haqida ijobiy sharhlar

Bugungi kunda superkondensatorlarni sinovdan o'tkazish va qisman qo'llash sanoatning turli sohalarida amalga oshirilmoqda. Ushbu qurilmalarning ishlashi bo'yicha sharhlar shuni ko'rsatadiki, ular ishlab chiqaruvchilarning yuqori ko'rsatkichlar haqidagi bayonotlarini tasdiqlaydiishonchlilik, ekologik xavfsizlik va yuqori quvvat. Superkondensatorlar va batareyalarni taqqoslash nuqtai nazaridan ayniqsa muhim bo'lgan narsa, birinchisi jismoniy ishlov berish paytida maxsus sharoitlar yaratishni talab qilmaydi. Bu qisman tarkibiy qismlarning bir xil past toksikligi bilan bog'liq, lekin ko'p jihatdan ishning ergonomikasi korpusning yuqori darajadagi himoyasi bilan bog'liq. Ya'ni, foydalanuvchi muhrlangan sharoitda superkondensatorlarga xizmat ko'rsatish uchun maxsus qurilmalarni taqdim etishi shart emas. Kam vazn va optimallashtirilgan oʻlchamlar muntazam parvarishlash operatsiyalarini ham osonlashtiradi.

Superkondensatorlar haqida salbiy sharhlar

Ushbu turdagi kondansatkichlarning zaif tomonlari ham mavjud bo'lib, ular amalda ham aniq namoyon bo'ladi. Xususan, foydalanuvchilar o'zlarining past energiya zichligi, past ishlashi va har doim ham etarli kuchlanish darajasiga ishora qiladilar, bu esa bitta maqsadli iste'molchi birligiga xizmat ko'rsatish uchun bir nechta elementlardan foydalanishni talab qiladi. Ko'p jihatdan, bu kamchiliklar bugungi kunda batareyalar o'rniga superkondensatorlardan foydalanishga to'sqinlik qiladi, garchi yana, texnologik rivojlanish bu muammolarni hal qilish ehtimoli ko'proq.

Kondensatorlarni rivojlantirish istiqbollari

Mutaxassislar va akkumulyatorlarni ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, yaqin kelajakda hamma joyda yangi avlod kondansatkichlari qo'llaniladi. Bu qurilmalarning o'ziga xos imkoniyatlarini faol oshirish tufayli mumkin bo'ladi. Bunga arziydibirinchi navbatda o'lchamlari va vazniga taalluqli superkondensatorlarning texnik va strukturaviy xususiyatlarini qo'shish va yaxshilash. Shu bilan birga, bugungi kunda 2,5 mVt gacha quvvatga ega ionistorlar sinovlari tashkil etilmoqda. Kelajakda bunday tizimlardan transport tarmoqlari, sanoat ob'ektlari va turar-joy majmualariga texnik xizmat ko'rsatishda foydalanish mumkin.

Xulosa

Superkondensator kontseptsiyasi qisqa muddatli kuchlanish bilan elektr ta'minotiga ehtiyoj bo'lgan vaziyatlarda optimal yechim hisoblanadi. Qisman, bu ma'lum parametrlar bilan uzoq muddatli quvvatni saqlashga qaratilgan elektrokimyoviy batareyalar g'oyasiga ziddir. Biroq, ushbu operatsion xususiyatni hisobga olgan holda, avtomobilda akkumulyator o'rniga superkondensatordan foydalanish mumkinmi? Yuqori darajadagi ehtimollik bilan, ilg'or avtokonsernlar yuqori sig'imli kondansatkichlardan foydalanadi, lekin faqat superkondensatorlarning ijobiy fazilatlarini va an'anaviy elektrokimyoviy komponentlarni birlashtirgan maxsus gibrid versiyalarida. Misol uchun, bugungi kunda bunday eritmalar elektrokimyoviy qo'rg'oshin kislotali strukturasi va superkondensatorning kombinatsiyasi shaklida qo'llaniladi.