Panimula sa Supercapacitors

Sa pag-unlad ng lipunan at ekonomiya, mas binibigyang pansin ng mga tao ang berdeng enerhiya at kapaligirang ekolohikal. Bilang isang bagong uri ng aparato sa pag-iimbak ng enerhiya, ang mga supercapacitor ay nakakaakit ng higit at higit na pansin dahil sa kanilang hindi maaaring palitan na mga pakinabang. Sinimulan na ng mga inhinyero na palitan ang mga tradisyunal na baterya ng mga supercapacitor sa ilang disenyo na nangangailangan ng mga solusyon na may mataas na kapangyarihan at mataas na kahusayan. Mga depekto sa teknolohiya ng baterya Ang mga bagong baterya tulad ng Li-ion at NiMH ay maaaring magbigay ng maaasahang solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya at malawakang ginagamit sa maraming larangan. Tulad ng alam nating lahat, ang mga kemikal na baterya ay nag-iimbak ng mga singil sa kuryente sa pamamagitan ng mga electrochemical reaction, na nagreresulta sa paglipat ng singil sa Faraday. Ang mga ito ay may maikling buhay ng serbisyo at lubhang apektado ng temperatura. Ito rin ang kahirapan na kinakaharap ng mga designer ng lead-acid na baterya (baterya).

Kasabay nito, ang mataas na kasalukuyang ay maaaring direktang makaapekto sa buhay ng mga bateryang ito, kaya para sa ilang mga aplikasyon na nangangailangan ng mahabang buhay at mataas na pagiging maaasahan, ang mga kemikal na nakabatay sa reaksyon na mga baterya ay nagpapakita ng iba't ibang mga pagkukulang. Mga tampok at pakinabang ng supercapacitors Ang prinsipyo ng supercapacitors ay hindi isang bagong teknolohiya. Karamihan sa mga karaniwang supercapacitor ay may electric double layer na istraktura. Kung ikukumpara sa mga electrolytic capacitor, ang supercapacitor na ito ay may napakataas na energy density at power density. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na capacitor at pangalawang baterya, ang mga supercapacitor ay may mas mataas na kapasidad sa pag-iimbak ng singil kaysa sa mga ordinaryong capacitor, at may mga katangian ng mabilis na pag-charge at bilis ng pagdiskarga, mataas na kahusayan, walang polusyon sa kapaligiran, mahabang buhay ng ikot, malawak na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo, at mataas na kaligtasan. . Bukod sa kakayahang mag-charge at mag-discharge nang mabilis, ang isa pang pangunahing tampok ng mga supercapacitor ay ang kanilang mababang impedance. Kaya, kapag ang isang supercapacitor ay ganap na pinalabas, ito ay magpapakita ng isang maliit na katangian ng paglaban, at kung walang limitasyon, ito ay hilahin ang posibleng mapagkukunan ng kasalukuyang.

Samakatuwid, ang isang pare-parehong kasalukuyang o pare-pareho ang boltahe na charger ay dapat gamitin. 10 taon na ang nakalilipas, ang mga supercapacitor ay maaari lamang ibenta sa napakaliit na dami bawat taon, at ang presyo ay napakamahal, mga 1 hanggang 2 US dollars/farad. Ngayon, ang mga supercapacitor ay naibigay na sa merkado sa malalaking dami bilang karaniwang mga produkto, at ang presyo ay lubos na nabawasan, na may average na 0.01. ~$0.02/farad. Sa nakalipas na ilang taon, ang mga supercapacitor ay nagsimulang pumasok sa maraming larangan ng aplikasyon, tulad ng consumer electronics, industriya at transportasyon. Ang istraktura ng mga supercapacitor Bagama't maraming mga tagagawa ng supercapacitor sa mundo, na maaaring magbigay ng maraming uri ng mga produkto ng supercapacitor, karamihan sa mga produkto ay batay sa isang katulad na istraktura ng double layer ng kuryente. Ang istraktura ng mga supercapacitor ay katulad ng mga electrolytic capacitor. Tunay na katulad, ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang materyal ng elektrod. Ang mga electrodes ng maagang supercapacitors ay gawa sa carbon. Ang materyal ng carbon electrode ay may malaking lugar sa ibabaw, at ang kapasidad ay nakasalalay sa distansya sa pagitan ng ibabaw na lugar at ng mga electrodes. Maaari itong maging napakalaki, karamihan sa mga supercapacitor ay maaaring antas ng farad, at ang pangkalahatang hanay ng kapasidad ay 1 ~ 5000F. Paggamit ng Supercapacitors Ang mga supercapacitor ay may malawak na hanay ng mga gamit. Kasama ng mga high-energy-density substance tulad ng mga fuel cell, ang mga supercapacitor ay maaaring magbigay ng mabilis na pagpapalabas ng enerhiya upang matugunan ang mataas na pangangailangan ng kuryente, na nagpapahintulot sa mga fuel cell na gamitin lamang bilang isang mapagkukunan ng enerhiya. Sa kasalukuyan, ang density ng enerhiya ng mga supercapacitor ay maaaring kasing taas ng 20kW/kg, na nagsimulang sakupin ang bahaging ito ng merkado sa pagitan ng mga tradisyonal na capacitor at mga baterya.

Sa mga application na iyon na nangangailangan ng mataas na pagiging maaasahan ngunit mababa ang mga kinakailangan sa enerhiya, ang mga supercapacitor ay maaaring gamitin upang palitan ang mga baterya, o ang mga supercapacitor at mga baterya ay maaaring pagsamahin para sa mga application na may mataas na kinakailangan sa enerhiya, upang ang mas maliit na sukat ay maaaring magamit. , mas matipid na mga baterya. Ang mga supercapacitor ay may napakababang halaga ng ESR, na nagbibigay-daan sa kanila na pagmulan ng malalaking alon at mabilis na lumubog ang malalaking alon. Kung ikukumpara sa prinsipyo ng pagsingil ng kemikal, ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng mga supercapacitor ay ginagawang mas matatag ang pagganap ng produktong ito, at samakatuwid, ang buhay ng serbisyo ng mga supercapacitor ay mas mahaba. Ang mga supercapacitor ay isang perpektong pinagmumulan ng kuryente para sa mga device na nangangailangan ng mabilis na pag-charge, tulad ng mga power tool at mga laruan. Ang ilang mga produkto ay angkop para sa isang hybrid na sistema ng baterya/supercapacitor. Ang paggamit ng mga supercapacitor ay maaaring maiwasan ang paggamit ng malalaking baterya upang makakuha ng mas maraming enerhiya. Ang isang halimbawa ay ang mga digital camera sa consumer electronics, kung saan ang paggamit ng mga supercapacitor ay nagpapahintulot sa mga digital camera na gumamit ng murang alkaline na baterya (sa halip na mga mamahaling Li-ion na baterya). Ang na-rate na hanay ng boltahe ng mga supercapacitor cell (cells) ay 2.5 hanggang 2.7V, kaya maraming mga application ang nangangailangan ng paggamit ng maraming supercapacitor cells. Kapag ikinokonekta ang mga cell na ito sa serye, kailangang isaalang-alang ng inhinyero ng disenyo ang balanse at pagsingil sa pagitan ng mga cell. Ang anumang supercapacitor ay maglalabas sa pamamagitan ng panloob na parallel resistance kapag ito ay pinalakas. Ang kasalukuyang discharge na ito ay tinatawag na leakage current, na makakaapekto sa self-discharge ng supercapacitor unit.

Katulad ng ilang mga pangalawang teknolohiya ng baterya, ang mga boltahe ng mga supercapacitor ay kailangang balansehin kapag ginamit sa serye dahil may leakage current at ang laki ng panloob na shunt resistance ay tutukuyin ang pamamahagi ng boltahe sa buong serye na konektado sa mga supercapacitor cells. Kapag ang boltahe sa supercapacitor ay nagpapatatag, ang boltahe sa bawat yunit ay magbabago sa kasalukuyang pagtagas, hindi sa halaga ng kapasidad. Kung mas malaki ang kasalukuyang pagtagas, mas maliit ang na-rate na boltahe, sa kabaligtaran, mas maliit ang kasalukuyang pagtagas, mas mataas ang na-rate na boltahe. Ito ay dahil ang leakage current ay nagiging sanhi ng pagdiskarga ng supercapacitor cell, pagpapababa ng boltahe, na nakakaapekto naman sa mga boltahe ng iba pang mga cell na magkakasunod dito (ipagpalagay na ang mga cell na ito sa serye ay pinapagana ng parehong pare-pareho ang boltahe). Upang mabayaran ang pagkakaiba-iba ng kasalukuyang pagtagas, ang isang karaniwang paraan ay ang pagkonekta ng isang risistor na kahanay sa tabi ng bawat yunit upang makontrol ang kasalukuyang pagtagas ng buong yunit. Ang pamamaraang ito ay epektibong binabawasan ang pagkakaiba-iba ng kaukulang parallel resistance sa pagitan ng mga yunit.

Ang isa pang inirerekomendang paraan ay ang aktibong cell-balancing, kung saan ang bawat cell ay aktibong sinusubaybayan at balanse laban sa isa't isa kapag may pagbabago sa boltahe. Binabawasan ng diskarteng ito ang anumang labis na pagkarga sa yunit, na ginagawang mas mahusay ang trabaho. Kung ang boltahe ay lumampas sa na-rate na boltahe ng yunit, ang buhay ng yunit ay paikliin. Para sa mga supercapacitor na may mataas na maaasahan, kung paano mapanatili ang boltahe sa loob ng kinakailangang hanay ay isang mahalagang punto, at ang boltahe sa pagsingil ay dapat kontrolin upang matiyak na hindi ito lalampas sa na-rate na boltahe ng bawat cell.