In deze post gaan we begrijpen wat een supercondensator is, hoe sterk vergelijkbaar of verschillend is met een gewone condensator, waar hij wordt gebruikt, en we zullen een vergelijking maken tussen batterijen en supercondensatoren om erachter te komen welke van hen superieur is.
Laten we de basisprincipes van een gewone condensator begrijpen.
Hoe gewone condensator werkt
Een condensator is een passieve elektronische component die een kleine hoeveelheid elektrostatische energie kan opslaan tussen het doorschoten geleidende en diëlektrische materiaal.
We kunnen de condensator snel opladen en ontladen dankzij deze eigenschap, we gebruiken ze als spanningsafvlakkers in alle voedingscircuits.
Alle condensatoren hebben een bepaalde specificatie op het lichaam gecoat, zoals bedrijfstemperatuur, bedrijfsspanning en waarde van de condensator, die meestal varieert van enkele pico-farads tot enkele duizenden micro-farads.
De condensatoren die we gewoonlijk aantreffen op elektronica van consumentenkwaliteit zijn keramiek, polyester, papier, enz. Deze typen condensatoren hebben gewoonlijk een lage capaciteit in het bereik van enkele pico-farads tot minder dan een micro-farad.
Degene met een hogere capaciteit is van het elektrolytische type, met een capaciteit variërend van 0,1 uF tot enkele duizenden microfarads.
De elektrolytische condensator vergroot de opslagcapaciteit van zijn lading door toevoeging van een weefsel gedrenkt in een chemisch elektrolyt als diëlektricum en een van beide zijden met aluminiumfolie, zoals weergegeven in de afbeelding.
De stapel aluminium en weefsel wordt in cilindervorm gerold en ondergebracht in een aluminium chassis. De diameter van de rol, hoogte en dikte van het weefsel bepalen de verschillende parameters van de condensator.
De elektrolytische condensatoren zijn gepolariseerd, wat betekent dat het een anode- en kathodeaansluiting heeft en dat we de polariteit van de ingangsvoeding naar de condensator niet moeten verwisselen zoals bij andere typen condensatoren.
Hoe supercondensatoren werken
Supercapacitor wordt ook wel Ultracapacitor of dubbellaagse condensator genoemd. De supercondensator heeft een gigantische opslagcapaciteit en wordt meestal gemeten in Farad (zonder micro- of pico- of nano-voorvoegsels).
Een supercondensator kan variëren van enkele Farads tot enkele duizenden Farads. In tegenstelling tot gewone condensatoren heeft de supercondensator een lagere bedrijfsspanning, die meestal tussen 2,5V en 2,7V ligt.
Ze zijn in serie en parallel geschakeld om de doorvoer van de condensatorbank te vergroten.
De supercondensatoren worden gebruikt waar batterijen de gegeven taak niet efficiënt aankunnen, voor onmiddellijk regeneratief remmen in voertuigen. De kinetische energie wordt omgezet in elektrische energie en een tijdje opgeslagen en hergebruikt om het voertuig te versnellen.
Dit mechanisme verbetert de algehele efficiëntie van het voertuig. Maar door alleen batterijen te gebruiken, is het opvangen van energie niet efficiënt. Veel autofabrikanten experimenteren met supercondensator in combinatie met batterijen en hebben naar verluidt de algehele efficiëntie van het systeem verbeterd.
Supercapacitor heeft betere laad- en ontlaadcycli in vergelijking met batterijen. Een typische lithium-ionbatterij in onze smartphones heeft ongeveer 1000 laad- en ontlaadcycli, terwijl een supercondensator meer dan 1 miljoen laad- en ontlaadcycli heeft.
Batterijen verslechteren hun effectieve capaciteit wanneer de batterij gedurende langere tijd onder een bepaald voltage wordt ontladen. Een supercondensator heeft dergelijke limieten niet, hij kan helemaal tot nul volt gaan.
Maar als een condensator gedurende een langere periode, zoals een jaar of zo, wordt achtergelaten zonder op te laden, kan ook zijn capaciteit voor het vasthouden van lading verslechteren als gevolg van een chemische reactie tussen de platen van de condensator.
Constructie van supercondensator:
De constructie van supercondensatoren is fundamenteel hetzelfde als een gewone condensator, alleen het verschil is het type materiaal dat wordt gebruikt en er wordt een methode gebruikt om de energieopslagcapaciteit te vergroten.
Supercondensatoren hebben geleidende platen aan weerszijden van de separator gedrenkt in elektrolyt en de separator is een zeer dun diëlektrisch materiaal gemaakt van plastic of koolstof of papier.
De separator is erg dun gemaakt in vergelijking met een gewone condensator om de efficiëntie van ionenoverdracht tussen platen te vergroten.
De supercondensatoren worden soms dubbellaags genoemd, dit komt omdat wanneer de platen aan weerszijden worden opgeladen, ze aan beide zijden van de scheider lading produceren, zoals weergegeven in de afbeelding.
Nu zou je een idee hebben over supercondensator en zijn fundamentele werking.
Batterij versus supercondensator:
Laten we de energiedichtheid en het gewicht in batterijen en supercaps eens vergelijken.
Lithium-ion en lithium-polymeer hebben de hoogste energiedichtheid in vergelijking met andere batterijtechnologieën die in de handel verkrijgbaar zijn. Dit is de reden waarom onze smartphones en andere draagbare elektronica zijn gebouwd met li-ion / polymeer.
De energiedichtheid van supercaps is vrij laag in vergelijking met lithiumbatterijen, waardoor het alleen ideaal is voor niet-draagbare apparaten.
Supercaps zijn erg goed in snel opladen en ontladen. Dit kan niet worden bereikt met batterij vanwege de hogere interne weerstand in alle soorten batterijen.
Als we proberen de batterij te ontladen tot voorbij de veiligere stroomlimiet, kunnen we de batterij beschadigen. Dit komt doordat de batterijen interne weerstand hebben en warmte genereren. De opgewekte thermische energie is voldoende om onomkeerbare schade aan de batterijcapaciteit te veroorzaken.
In supercaps is de interne weerstand erg klein, zelfs kleiner dan de interne weerstand in sommige autoaccu's die ontworpen zijn om hoge stroom te leveren. De kans dat de supercondensator beschadigd raakt door thermische omstandigheden is vrij laag.
De accu's kunnen de lading heel lang vasthouden, maar voor supercaps is zelfontlading een probleem en niet geschikt om energie voor lange tijd op te slaan.
Nu zijn conclusie tijd,
Dus welke van hen is superieur? Waarschijnlijk is geen van hen superieur aan elkaar. Batterijen zijn zeer draagbaar, maar supercaps hebben een zeer hoge laad- en ontlaadsnelheid. Aan het einde van de dag hangt het van de applicatie af wat we gebruiken en dit bepaalt welke van hen het meest geschikt is.
Laat het ons weten in het commentaargedeelte, denk je dat ooit supercondensatoren de batterijen zullen vervangen vanwege de snelle ontwikkeling in technologie.
Vorige: Zoemer met oplopende pieptoon Volgende: SG3525 Omvormercircuit met volledige brug
