Batareya əvəzinə superkondensatorlar: cihaz, xüsusiyyətlərin müqayisəsi, istifadənin faydaları, rəylər

2024 Müəllif: Erin Ralphs | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-02-19 12:15

Yüksək xüsusi tutum ideyası 1960-cı illərdə araşdırılmışdı, lakin bu gün son məhsulun performans xüsusiyyətlərinin unikal birləşməsinə görə bu texnologiyaya artan marağın yeni dalğası var. Bu gün bu texnologiya əsasında superkondensatorların və ultrakapasitorların müxtəlif modifikasiyaları istehsal olunur ki, bu da tam hüquqlu enerji batareyası hesab edilə bilər. Aşağıda göstərilən superkondensator konsepsiyaları göstərir ki, onların adi batareya paketləri (batareyalar) ilə gələcək rəqabəti o qədər də fantastik deyil.

Superkondensator nədir?

Əslində bu, kompakt kondansatör şəklində hazırlanmış optimallaşdırılmış elektrokimyəvi batareyadır. Tipik bir cihazın kursor müqayisəsi ilə beləbir avtomobil üçün akkumulyator, ölçüdəki açıq fərqi vurğulaya bilərsiniz və praktikada faydalar da daha uzun xidmət müddəti və güc şəklində səthə çıxacaq. Başqa sözlə, enerji potensialının yığılması baxımından məhdudiyyətlərə görə bəzi ehtiyatlarla olsa da, batareyaların əvəzinə superkapasitorlar istifadə edilə bilər. Belə nüanslar hələ də ionistorların texnoloji inkişafının qeyri-kamilliyi səbəbindən baş verir, lakin batareyalara artan tələbləri ilə bazarın təzyiqi altında vəziyyət dəyişir.

Dizayn və məhsul dizaynı

Bu kondansatörün əsasını ənənəvi olaraq elektrolitik mühitin yerləşdiyi iki elektrod təşkil edir. Plitələr məsaməli aktivləşdirilmiş karbonla örtülmüş elektrodların istehsalı üçün materialların strukturunda batareyadan fərqlər müşahidə edilə bilər. Elektrolitə gəldikdə, bu tutumda üzvi və qeyri-üzvi qarışıqlardan istifadə edilə bilər. Struktur olaraq, superkondensatorların strukturunda izolyasiyanın texniki həlli də fərqlənir. Dielektrik təbəqəsi olan akkumulyator alüminium plitələrinin əvəzinə ion və elektron keçiriciliyin optimal xüsusiyyətləri olan komponentlər istifadə olunur. Bir superkondensatorun batareya kimi mümkün istifadəsi konsepsiyasını davam etdirsək, məsaməli karbon yaxşı bir elektron keçirici rolunu oynaya bilər və sulfat turşusunun məhlulu ion keçiricisi kimi çıxış edə bilər. Bu yolla, həcmli izolyatorların əlavə daxil edilməsi olmadan elektrodlar arasında optimal yük ayırma təbəqəsi təmin edilə bilər.

Superkapasitorun növləri

Artıq bu gün ionistorların inkişafında bir neçə istiqamət var. Ən çox diqqət çəkən və perspektivli olanlar aşağıdakı cihaz növləridir:

• İki qatlı kondensatorlar. Elektrolit kimi yuxarıda qeyd olunan elektrodlardan elektrik keçirici materialdan istifadə edilən standart model və xüsusi ayırıcı istifadə olunur. Enerji potensialının yığılması elektrodlarda yüklərin ayrılması nəticəsində baş verir.
• Psevdokapasitorlar. Bu tip superkondensatordan hazırlanmış təkrar doldurulan batareya çox uğurlu bir həll ola bilər, çünki o, enerji saxlamaq üçün daha təkmil üsullar təklif edir. Birincisi, adi batareyalarda enerji yığılması prosesləri ilə əlaqəli Faraday mexanizminin prinsipi işə salınır. İkincisi, ikiqat elektrik təbəqəsində elektrodlar arasında elektrostatik qarşılıqlı təsirin əsas sxemi də qorunub saxlanılır.
• Hibrid kondensatorlar. Batareyalar və kondansatörlərin fərdi müsbət xüsusiyyətlərini birləşdirən ara konsepsiya. Bu cür cihazlar adətən qarışıq oksidlərdən və qatqılı polimerlərdən hazırlanmış elektrodların birləşməsindən istifadə edirlər. Bu istiqamətin gələcək inkişafı karbon daşıyıcıları və keçirici polimerlərlə əlavə edilmiş kompozit materialların istifadəsi ilə bağlıdır.

Əsas Xüsusiyyətlər

Bu gün ionistorların yaxşı qurulmuş performans göstəriciləri haqqında danışmaq çətindir, çünkitexnologiya daim təkmilləşdirilir və elektrokimyəvi cərəyan mənbələrinin təkmilləşdirilməsi üçün düzəlişlər edilir. Ancaq superkondensatorların əsas xüsusiyyətlərinə dair orta məlumatları götürsək, xüsusi göstəricilər belə görünəcək:

• Şarj etmə vaxtı - 1-10 saniyə
• Şarjetmə dövrlərinin sayı təxminən 1 milyondur, bu da 30.000 saata uyğundur.
• Blok hüceyrəsindəki gərginlik - 2,3 ilə 2,75 V arasında dəyişir.
• Enerji intensivliyi - standart dəyər 5 Wh/kq.
• Güc - təxminən 10.000 Vt/kq.
• Dözümlülük - 15 ilə qədər.
• İşləmə temperaturu -40°C - 65°C.

Adi batareyalarla müqayisə

Əsas fərqləndirici parametrlər enerjinin yığılma sürəti və elektrik yükünün qaytarılma dərəcəsidir. Bənzər ölçülərə malik superkondensatorun yaxınlığında ikiqat elektrik potensialının istifadəsi səbəbindən elektrodların iş səthinin sahəsi artır. Yəni, batareyanın və kondansatörün ən yaxşı xüsusiyyətlərini birləşdirmək haqqında danışa bilərik. Batareyanın və superkondansatörün cərəyanlarının yükə paylanmasını müqayisə etsək, istehlak olunan cərəyanın həcmlərinin vahidliyi ümumiyyətlə eyni olacaq, lakin iki düzəlişlə. Batareyanın işləməsi zamanı ən böyük cərəyanı blokun aşağı hissəsində yerləşən elementə doğru sürüşdürmək mümkündür və ionistorlar vəziyyətində, prinsipcə, aşağı gərginlik səbəbindən potensial daha az olacaqdır. Həmçinin, əhəmiyyətli fərqlər iş resursındakı fərqi əhatə edir - superkondensatorlar, qeyd etmədən, təxminən 25-30% daha uzun müddət xidmət edir.yerinə yetirilə bilən vəzifə dövrlərinin daha yüksək dərəcəsi.

İşləyən superkondensatorların üstünlükləri

Batareya əvəzinə superkondensatorların istifadəsinin müsbət təsirlərini ümumiyyətlə nəzərə alsaq, o zaman aşağıdakı keyfiyyətlər ön plana çıxacaq:

• Superkondensatorların yüksək enerji sıxlığı onları elektron cihazlarda qısamüddətli enerji mənbəyi kimi istifadə etməyə imkan verir.
• Ekoloji təhlükəsizlik. Təbii ki, elektrokimyəvi komponentlər dizaynda hələ də saxlanılır, lakin onların zəhərli təsirləri daim azalır.
• Bərpa olunan mənbələrdən - külək, günəş, su və torpaqdan enerji istifadə etmək imkanı.
• Batareyaların struktur inteqrasiyası imkanlarının genişləndirilməsi - məsələn, mürəkkəb elektrik stansiyalarının, hibrid elektrik maşınlarının, hidrogen yanacağı ilə işləyən nəqliyyat vasitələrinin və s. texniki xidmət üçün.

Adi kondansatörlə müqayisədə superkondensatorun bəzi üstünlüklərini qeyd etmək lazımdır. Onlardan bir neçəsi var, lakin enerjinin saxlanması üçün böyük bir tutum əsaslı şəkildə vacibdir. Bu göstəriciyə görə, ionistorların bütün modifikasiyaları batareyalarla rəqabət apara bilməz, lakin elektrik tutumu parametrində kondansatörlərlə müqayisədə onlar inamla qalib gəlirlər.

Superkondensatorlar haqqında müsbət rəylər

Bu gün superkondensatorların sınağı və qismən tətbiqi müxtəlif sənaye sahələrində həyata keçirilir. Bu cihazların işləməsinə dair rəylər göstərdiyi kimi, istehsalçıların yüksək qiymətlərlə bağlı bəyanatlarını təsdiqləyirləretibarlılıq, ekoloji təhlükəsizlik və yüksək tutum. Superkondensatorları və batareyaları müqayisə etmək baxımından xüsusilə vacib olan, birincilər fiziki işləmə zamanı xüsusi şərait yaratmaq üçün o qədər də tələbkar deyillər. Bu qismən komponentlərin eyni aşağı toksikliyi ilə əlaqədardır, lakin daha çox işin erqonomikası işin yüksək dərəcədə qorunması ilə bağlıdır. Yəni istifadəçinin superkondensatorların möhürlənmiş şəraitdə saxlanması üçün xüsusi qurğular təqdim etməsinə ehtiyac yoxdur. Aşağı çəki və optimallaşdırılmış ölçülər müntəzəm texniki qulluq əməliyyatlarını da asanlaşdırır.

Superkondensatorların mənfi rəyləri

Bu tip kondansatörlərdə də zəif cəhətlər var ki, onlar da praktikada aydın şəkildə özünü göstərir. Xüsusilə, istifadəçilər aşağı enerji sıxlığına, aşağı performansa və həmişə kifayət qədər gərginlik səviyyəsinə diqqət yetirmirlər ki, bu da bir hədəf istehlakçı vahidinə xidmət etmək üçün bir neçə elementdən istifadə etməyi zəruri edir. Bu çatışmazlıqlar bir çox cəhətdən bu gün batareyaların əvəzinə superkapasitorların istifadəsinə mane olur, baxmayaraq ki, yenə də texnoloji inkişafın bu problemləri həll etmək ehtimalı daha yüksəkdir.

Kondensatorların inkişafı perspektivləri

Mütəxəssislərin və akkumulyator istehsalçılarının fikrincə, yaxın gələcəkdə hər yerdə yeni nəsil kondansatörlərdən istifadə olunacaq. Bu, cihazların xüsusi tutumunun aktiv artması hesabına mümkün olacaq. Buna dəyərilk növbədə ölçülərə və çəkiyə aid olan superkondensatorların texniki və struktur xüsusiyyətlərini əlavə etmək və təkmilləşdirmək. Eyni zamanda, bu gün artıq gücü 2,5 mVt-a qədər olan ionistorların sınaqları təşkil edilir. Gələcəkdə belə sistemlərdən nəqliyyat şəbəkələrinin, sənaye obyektlərinin və yaşayış komplekslərinin texniki xidmətində istifadə oluna bilər.

Nəticə

Superkondensator konsepti cərəyan yüklü enerji təchizatına qısamüddətli ehtiyac olduğu vəziyyətlərdə optimal həll hesab olunur. Qismən bu, müəyyən parametrlərlə gücün uzunmüddətli saxlanmasına yönəlmiş elektrokimyəvi batareyalar ideyası ilə ziddiyyət təşkil edir. Bəs bu əməliyyat xüsusiyyətini nəzərə alaraq avtomobildə akkumulyator əvəzinə superkondensatordan istifadə etmək mümkündürmü? Yüksək ehtimalla, qabaqcıl avtokonsernlər yüksək tutumlu kondansatörlərdən istifadə edəcəklər, lakin yalnız superkondansatörlərin müsbət keyfiyyətlərini və ənənəvi elektrokimyəvi komponentləri birləşdirən xüsusi hibrid versiyalarda. Məsələn, bu gün belə məhlullar elektrokimyəvi qurğuşun-turşu strukturunun və superkondensatorun kombinasiyası şəklində istifadə olunur.