Capacitor badala ya betri: kifaa, ulinganishaji wa vipengele, manufaa ya matumizi, maoni

2024 Mwandishi: Erin Ralphs | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-19 19:10

Wazo la uwezo mahususi wa hali ya juu liligunduliwa katika miaka ya 1960, lakini leo kuna wimbi jipya la kupendezwa na teknolojia hii, kutokana na mchanganyiko wa kipekee wa sifa za utendaji wa bidhaa ya mwisho. Leo, kwa msingi wa teknolojia hii, marekebisho kadhaa ya supercapacitors na ultracapacitors hutolewa, ambayo inaweza kuzingatiwa kama betri yenye nguvu kamili. Dhana za supercapacitor zilizoonyeshwa hapa chini zinaonyesha kuwa ushindani wao wa siku zijazo na pakiti za betri za kawaida (betri) sio mzuri sana.

Supercapacitor ni nini?

Kwa kweli, hii ni betri ya kielektroniki iliyoboreshwa, iliyotengenezwa kwa umbo la kapacita kompakt. Hata kwa kulinganisha kwa haraka haraka kwa kifaa na kawaidabetri kwa gari, unaweza kuonyesha tofauti dhahiri kwa ukubwa, na kwa mazoezi, faida pia zitakuja kwenye uso kwa namna ya maisha marefu ya huduma na nguvu. Kwa maneno mengine, supercapacitors inaweza kutumika badala ya betri, ingawa kwa uhifadhi fulani kutokana na mapungufu katika suala la mkusanyiko wa nishati. Nuances kama hizo bado hufanyika kwa sababu ya kutokamilika kwa maendeleo ya kiteknolojia ya ionistors, hata hivyo, hali inabadilika chini ya shinikizo la soko na mahitaji yake yanayokua ya betri.

Muundo na muundo wa bidhaa

Msingi wa capacitor hii huundwa na elektrodi mbili, kati ya ambayo kati ya elektroliti huwekwa kimila. Tofauti kutoka kwa betri inaweza kuzingatiwa katika muundo wa vifaa kwa ajili ya utengenezaji wa electrodes, sahani ambazo zimefungwa na kaboni iliyoamilishwa ya porous. Kama kwa elektroliti, mchanganyiko wa kikaboni na isokaboni unaweza kutumika katika uwezo huu. Kwa kimuundo, ufumbuzi wa kiufundi wa insulation katika muundo wa supercapacitors pia unasimama. Badala ya sahani za alumini ya betri na safu ya dielectric, vipengele vilivyo na mali bora ya conductivity ya ionic na elektroniki hutumiwa. Ikiwa tutaendelea na dhana ya uwezekano wa matumizi ya supercapacitor kama betri, basi kaboni ya porous inaweza kufanya kazi kama kondakta wa elektroniki, na suluhisho la asidi ya sulfuriki linaweza kufanya kama kondakta wa ionic. Kwa njia hii, safu mojawapo ya utenganisho wa malipo kati ya elektrodi inaweza kutolewa bila ujumuishaji wa ziada wa vihami vihami vingi.

Aina za supercapacitor

Tayari leo, kuna mielekeo kadhaa katika uundaji wa ionistors. Vyenye kuonekana zaidi na vinavyoleta matumaini ni aina zifuatazo za vifaa:

• Vibano vya tabaka mbili. Mfano wa kawaida, ambao hutumia elektroni zilizotajwa hapo juu zilizotengenezwa kwa nyenzo zinazoendesha umeme, na kitenganishi maalum hutumiwa kama elektroliti. Mkusanyiko wa uwezo wa nishati hutokea kutokana na mtengano wa chaji kwenye elektrodi.
• Pseudocapacitors. Betri inayoweza kuchajiwa kutoka kwa aina hii ya supercapacitor inaweza kuwa suluhisho la mafanikio sana, kwani inatoa njia za juu zaidi za kuhifadhi nishati. Kwanza, kanuni ya utaratibu wa Faraday unaohusishwa na michakato ya mkusanyiko wa nishati katika betri za kawaida imeanzishwa. Na pili, mpango msingi wa mwingiliano wa kielektroniki kati ya elektrodi katika safu mbili za umeme pia huhifadhiwa.
• Vishikizo vya mseto. Dhana ya kati ambayo inachanganya vipengele vyema vya mtu binafsi vya betri na capacitors. Vifaa vile kawaida hutumia mchanganyiko wa elektroni zilizotengenezwa kutoka kwa oksidi zilizochanganywa na polima za doped. Uendelezaji zaidi wa mwelekeo huu unahusishwa na matumizi ya vifaa vya mchanganyiko vinavyoongezwa na vibeba kaboni na polima za conductive.

Sifa Muhimu

Leo ni vigumu kuzungumza juu ya viashiria vya utendaji vilivyothibitishwa vya ionistors, kwa sababuteknolojia inaboreshwa mara kwa mara, na kurekebishwa kwa ajili ya uboreshaji wa vyanzo vya sasa vya electrochemical. Lakini ikiwa tutachukua data ya wastani juu ya sifa kuu za supercapacitors, basi viashiria maalum vitaonekana kama hii:

• Muda wa kuchaji - sekunde 1 hadi 10
• Idadi ya mizunguko ya kuchaji ni takriban milioni 1, ambayo inalingana na saa 30,000.
• Voltge katika seli block - kati ya 2.3 hadi 2.75 V.
• Kazi ya nishati - thamani ya kawaida 5 Wh/kg.
• Nguvu - takriban 10,000 W/kg.
• Kudumu - hadi miaka 15.
• Joto la Kuendesha -40°C hadi 65°C.

Kulinganisha na betri za kawaida

Vigezo kuu bainishi ni kasi ya mkusanyiko wa nishati na kiwango cha kurudi kwa chaji ya umeme. Kwa sababu ya utumiaji wa safu mbili ya uwezo wa umeme karibu na supercapacitor na vipimo sawa, eneo la uso wa kazi wa elektroni huongezeka. Hiyo ni, tunaweza kuzungumza juu ya kuchanganya mali bora ya betri na capacitor kama vile. Ikiwa tunalinganisha usambazaji wa mikondo ya betri na supercapacitor kwa mzigo, basi usawa wa kiasi cha sasa inayotumiwa itakuwa sawa kwa ujumla, lakini kwa marekebisho mawili. Wakati wa uendeshaji wa betri, inawezekana kuhama sasa kubwa zaidi kuelekea kipengele kilicho katika sehemu ya chini ya block, na katika kesi ya ionistors, kimsingi, uwezo itakuwa chini kutokana na voltage ya chini. Pia, tofauti kubwa ni pamoja na tofauti katika rasilimali ya kufanya kazi - supercapacitors hutumikia takriban 25-30% tena kwa wakati, bila kutaja.kiwango cha juu cha mizunguko ya ushuru inayoweza kutekelezeka.

Faida za uendeshaji wa supercapacitors

Ikiwa kwa ujumla tutazingatia athari chanya za kutumia supercapacitor badala ya betri, basi sifa zifuatazo zitajulikana:

• Msongamano mkubwa wa nishati ya vidhibiti kuu huziruhusu kutumika katika vifaa vya kielektroniki kama chanzo cha nguvu cha muda mfupi.
• Usalama wa mazingira. Bila shaka, vijenzi vya kielektroniki bado vimehifadhiwa katika muundo, lakini athari zake za sumu hupungua kila mara.
• Uwezekano wa kutumia nishati kutoka vyanzo mbadala - upepo, jua, maji na ardhi.
• Upanuzi wa fursa za uunganishaji wa miundo ya betri - kwa mfano, kwa ajili ya matengenezo ya mitambo changamano ya kuzalisha umeme, mashine mseto za umeme, magari yanayotumia nishati ya hidrojeni, n.k.

Inafaa kuzingatia baadhi ya faida za supercapacitor kuhusiana na capacitor ya kawaida. Kuna wachache wao, lakini uwezo mkubwa wa kuhifadhi nishati ni muhimu sana. Kwa mujibu wa kiashiria hiki, sio marekebisho yote ya ionistors yanaweza kushindana na betri, hata hivyo, kwa kulinganisha na capacitors katika parameter ya uwezo wa umeme, wanashinda kwa ujasiri.

Maoni chanya ya supercapacitors

Majaribio na utumiaji wa sehemu za supercapacitor leo hufanyika katika sekta mbalimbali. Kama hakiki juu ya uendeshaji wa vifaa hivi inavyoonyesha, zinathibitisha taarifa za wazalishaji kuhusu hali ya juukuegemea, usalama wa mazingira na uwezo wa juu. Nini ni muhimu hasa kutoka kwa mtazamo wa kulinganisha supercapacitors na betri, wa zamani si hivyo kudai kuunda hali maalum wakati wa utunzaji wa kimwili. Hii ni sehemu kutokana na sumu ya chini sawa ya vipengele, lakini kwa kiasi kikubwa, ergonomics ya operesheni ni kutokana na kiwango cha juu cha ulinzi wa kesi hiyo. Hiyo ni, mtumiaji hawana haja ya kutoa vifaa maalum kwa ajili ya matengenezo ya supercapacitors katika hali ya kufungwa. Uzito wa chini na vipimo vilivyoboreshwa pia hurahisisha kutekeleza shughuli za kawaida za matengenezo.

Maoni hasi ya supercapacitors

Pia kuna udhaifu katika aina hii ya capacitors, ambayo pia inaonekana wazi katika mazoezi. Hasa, watumiaji wanaonyesha wiani wao wa chini wa nishati, utendaji wa chini na sio kiwango cha kutosha cha voltage kila wakati, ambayo inafanya kuwa muhimu kutumia vipengele kadhaa kutumikia kitengo kimoja cha watumiaji. Kwa njia nyingi, mapungufu haya huzuia matumizi ya supercapacitors badala ya betri leo, ingawa, tena, maendeleo ya teknolojia yana uwezekano mkubwa wa kutatua matatizo haya.

Matarajio ya ukuzaji wa viunga

Kulingana na wataalamu na watengenezaji wa betri, katika siku za usoni, vidhibiti vya kizazi kipya vitatumika kila mahali. Hii itawezekana kutokana na ongezeko la kazi katika uwezo maalum wa vifaa. Ni thamani yakekuongeza na kuboresha sifa za kiufundi na kimuundo za supercapacitors, ambayo kimsingi inahusu vipimo na uzito. Wakati huo huo, majaribio ya ionistors yenye nguvu ya hadi 2.5 mW tayari yanapangwa leo. Katika siku zijazo, mifumo kama hii inaweza kutumika katika matengenezo ya mitandao ya usafiri, vifaa vya viwanda na majengo ya makazi.

Hitimisho

Dhana ya supercapacitor inachukuliwa kuwa suluhisho mojawapo katika hali ambapo kuna hitaji la muda mfupi la usambazaji wa nishati na chaji ya moja kwa moja. Kwa sehemu, hii ni kupingana na wazo la betri za umeme, ambazo zinalenga matengenezo ya muda mrefu ya nguvu na vigezo fulani. Lakini inawezekana kutumia supercapacitor badala ya betri kwenye gari, kutokana na kipengele hiki cha uendeshaji? Kwa kiwango cha juu cha uwezekano, wasiwasi wa hali ya juu wa kiotomatiki utatumia vidhibiti vya uwezo wa juu, lakini katika matoleo maalum ya mseto pekee ambayo yanachanganya sifa chanya za supercapacitor kama hizo na vipengee vya jadi vya kielektroniki. Kwa mfano, leo suluhu kama hizo hutumiwa katika mfumo wa mchanganyiko wa muundo wa asidi ya risasi ya elektroni na supercapacitor.