Superkondenzatorji — naprava, praktična uporaba, prednosti in slabosti

Kaj je superkondenzator

Superkondenzatorji ali superkondenzatorji so podobni navadnim elektrolitskim kondenzatorjem, vendar se od slednjih razlikujejo po precej večji električni kapaciteti (izjemno veliki kondenzatorji). Po svojih lastnostih je ionistor križanec med baterijo in kondenzatorjem. Njegovo napravo lahko opišemo kot kondenzator z dvojno električno plastjo, ni zaman, da se superkondenzatorji v angleških virih imenujejo EDLC - Electric Double Layer Capacitor.

Takšen kondenzator deluje zaradi elektrokemičnih procesov, ki potekajo v njem, in ne zgolj zaradi električnega polja, shranjenega v dielektriku med ploščama, kot pri običajnem kondenzatorju. Med ploščama ni klasične dielektrične plasti, same plošče pa so izdelane iz snovi, ki se razlikujejo po nosilcih naboja nasprotne vrste.

Do te mere, da kapacitivnost kondenzatorja je neposredno sorazmeren s površino njegovih plošč; da bi dobili veliko zmogljivost, je potrebno imeti obsežno površino plošč. Zaradi tega so elektrode superkondenzatorja običajno izdelane iz penastega ogljika, kar daje zelo veliko površino "plošč".

Elektrodi sta ločeni s separatorjem in sta v trdnem kislinskem ali alkalnem elektrolitu. Separator odpravlja kratek stik med elektrodama. Kristalni elektrolit iz rubidija, srebra in joda omogoča ustvarjanje visokozmogljivih ionistorjev z nizkim samopraznjenjem, odpornih na nizke temperature.

Superkondenzatorje z nizkim notranjim uporom dobimo na primer na osnovi raztopine žveplove kisline, vendar je delovna napetost takih superkondenzatorjev omejena na 1 volt, poleg tega so takšne raztopine strupene, zato se redko uporabljajo.

Elektrokemična reakcija v superkondenzatorju povzroči, da nekateri elektroni zapustijo elektrode, kar pozitivno nabije elektrode. Negativne ione privlači elektrolit na pozitivno nabite elektrode. To tvori električni sloj.

Posledično se naboj superkondenzatorja shrani na meji med ogljikom in elektrolitom, debelina električnega sloja, ki ga tvorijo kationi in anioni, pa je le 1–5 nm, kar je enako zelo majhni razdalji med ploščama kondenzatorja. . Posledica tega je velika kapacitivnost, merjena v faradih. Superkondenzator je polarni, zato je treba pri priključitvi na vezje upoštevati pravilno polarnost.

Uporaba superkondenzatorjev

Danes superkondenzatorje pogosto najdemo v digitalni tehnologiji kot rezervne napajalnike za mikrokontrolerje, pomnilniška vezja, čipe CMOS, elektronske ure in drugo.

Če se uporabljajo v povezavi z baterijami, lahko superkondenzatorji tudi povečajo učinkovitost in omogočijo zmanjšanje teže in velikosti baterij, kar zagotavlja dodatno moč med največjimi obremenitvami.

Ker so superkondenzatorji v vmesnem položaju med kondenzatorji in baterijami, so uporabni na različnih področjih: shranjevanje energije v regenerativnih zavornih sistemih, aplikacije z nizko porabo energije in aplikacije za hitro polnjenje (strela, predvajalnik, pomnilnik itd.).

Prihodnost bo verjetno vključevala prenosne elektronske naprave, električne avtomobile in vse, kar danes deluje na baterije, s to prednostjo, da jih je mogoče napolniti v nekaj minutah. Superkondenzatorji so nepogrešljivi tudi, ko je potrebno veliko število ciklov polnjenja in praznjenja v pogojih kratkotrajne porabe energije.

Navajamo le nekatera področja uspešne uporabe superkondenzatorjev danes:

• vetrna energija,
• medicinska oprema,
• redundantno napajanje,
• rezerva energije,
• regeneracija zavorne energije,
• hrana za potrošniško elektroniko in kuhinjske aparate,
• napajanje LED diod in senzorjev,
• rezervni pomnilnik,
• vzdrževanje napajanja elektronskih ključavnic,
• stabilizacija napetosti.

Prednosti in slabosti

Slabosti superkondenzatorjev vključujejo nizko delovno napetost (do 2,7 voltov na celico, kar vodi do potrebe po zbiranju superkondenzatorjev v baterijah) in precej visoko ceno v primerjavi z baterijami in kondenzatorji.

Pozitivne lastnosti superkondenzatorjev: hitrost polnjenja in praznjenja, vir več sto tisoč ciklov, brez vzdrževanja, majhna velikost in teža, enostavna uporaba, širok razpon delovnih temperatur, dolga življenjska doba.

Poglej tudi: Kakšna je razlika med baterijami in kondenzatorji