En introduktion till superkondensatorer

Kondensatorn är en tvåterminal passiv komponent som används i stor utsträckning inom elektronik. Nästan alla kretsar vi hittar i elektronik använder en eller flera kondensatorer för olika användningar. Kondensatorer är den mest använda elektronikkomponenten efter motstånd. De har en speciell förmåga att lagra energi. Det finns olika typer av kondensatorer tillgängliga på marknaden, men en som nyligen blivit populär och lovar en ersättning eller ett alternativ till batterier i framtiden, är superkondensatorer eller även kända som ultrakondensatorer. En superkondensator är inget annat än en kondensator med hög kapacitet med kapacitansvärden som är mycket högre än normala kondensatorer men lägre spänningsgränser. De kan lagra 10 till 100 gånger mer energi per volymenhet eller massa än elektrolytkondensatorer, kan ta emot och leverera laddning mycket snabbare än batterier och tolererar fler laddningsurladdningscykler än uppladdningsbara batterier.

Supercapacitors eller Ultracapacitors är en ny energilagringsteknik som utvecklas kraftigt i modern tid. Superkondensatorer ger betydande industriella och ekonomiska fördelar

Kondensatorns kapacitans mäts i Farad (F), som.1uF (microfarad), 1mF (millifarad). Medan kondensatorer med lägre värde är ganska vanliga inom elektronik, finns det dock också mycket högkvalitativa kondensatorer, som lagrar energi i mycket mer hög densitet och finns i mycket högt kapacitansvärde, varierade i Farad troligtvis.

I bilden ovan visas en lokalt tillgänglig 2.7V, 1Farad superkondensatorbild. Spänningsgraden är mycket lägre men kapacitansen hos ovanstående kondensator är ganska hög.

Fördelar med Super-kondensator eller Ultra-kondensator

Efterfrågan från superkondensatorer ökar dag för dag. Den främsta orsaken till den snabba utvecklingen och efterfrågan beror på många andra fördelar med superkondensatorer, få av dem anges nedan:

• Det ger en mycket bra livslängd på cirka 1 miljon laddningscykler.
• Arbetstemperaturen är nästan -50 till 70 grader, vilket gör den lämplig för användning i konsumentapplikationer.
• En hög effekttäthet upp till 50 gånger, vilket uppnås med batterier.
• Skadliga material, giftiga metaller ingår inte i tillverkningsprocessen för superkondensatorer eller ultrakondensatorer, vilket gör den certifierad som engångskomponent.
• Det är mer effektivt än batterier.
• Kräver inget underhåll jämfört med batterier.

Superkondensatorer lagrar energi i sitt elektriska fält, men vid batterier använder de kemiska föreningar för att lagra energi. På grund av dess förmåga att snabbt ladda och urladdas kommer superkondensatorerna långsamt in på batterimarknaden. Lågt internt motstånd med mycket hög effektivitet, inga underhållskostnader, högre livstider är den främsta anledningen till dess höga efterfrågan på den moderna kraftkällorelaterade marknaden.

Energier i kondensator

En kondensator lagra energi i form av Q = C x V. Q står för Charge in Coulombs, C för capacitance in Farads och V för voltage in volt. Så om vi ökar kapacitansen ökar också den lagrade energin Q.

Enheten för kapacitans är Farad (F) som är uppkallad efter M. Faraday. Farad är kapacitansenheten med avseende på coulomb / volt. Om vi ​​säger en kondensator med 1 Farad, kommer det att skapa en 1-volts potentialskillnad mellan dess plattor beroende på 1-coulomb-laddningen.

1 Farad är en mycket stor värmekondensator att använda som en allmän elektronisk komponent. I elektronik används i allmänhet mikrofarad till Pico farad kapacitans. Mikrofarad betecknas uF (1 / 1.000.000 Farad eller 10 ^-6 F), nano farad som nF (en / miljard eller 10 ^-9 F) och Pico Fårad som pF (1 / 1,000,000,000,000 OR10 ^-12 F)

Om värdet blir mycket högre, som mF för få Farads (i allmänhet <10F), betyder att kondensatorn kan hålla mycket mer energi mellan plattorna, den kondensatorn kallas Ultra kondensator eller Supercapacitor.

Energierna lagrade i en kondensator är E = ½ CV ² Joule. E är den lagrade energin i joule, C är kapacitansen i Farad och V är potentialskillnaden mellan plattorna.

Konstruktion av

Superkondensator är en elektrokemisk anordning. Intressant är att det inte finns några kemiska reaktioner som är ansvariga för att lagra dess elektriska energier.De har en unik konstruktion, med en stor ledande platta eller elektrod, som ligger nära med en mycket liten yta. Dess konstruktion är densamma som en elektrolytkondensator med en flytande eller våt elektrolyt mellan elektroderna. Du kan lära dig om olika typer av kondensatorer här.

Superkondensator fungerar som en elektrostatisk anordning som lagrar sin elektriska energi som det elektriska fältet mellan de ledande elektroderna.

Elektroderna, röda och blå, är dubbelsidiga. De är i allmänhet gjorda av grafitkol i form av kolnanorör eller geler eller en speciell typ av ledande aktiverade kol.

För att blockera det stora elektronflödet mellan elektroderna och passera den positiva jonen används ett poröst pappersmembran. Pappersmembranet separerar också elektroderna. Som vi kan se i bilden ovan är det porösa pappersmembranet i mitten som är grönt. Elektroderna och pappersavskiljaren impregneras med den flytande elektrolyten. Aluminiumfolien används som en strömkollektor som etablerar den elektriska anslutningen.

Separationsplattan och arean på plattorna är ansvariga för kondensatorns kapacitansvärde. Förhållandet kan betecknas som

Var, Ɛ är permittiviteten för det material som finns mellan plattorna

A är arean på plattan

D är separationen mellan plattorna

Så vid superkondensator behövs kontaktytan för att öka, men det finns en begränsning. Vi kan inte öka kondensatorns fysiska form eller storlek. För att övervinna denna begränsning används speciell typ av elektrolyter för att öka konduktiviteten mellan plattorna och därmed öka kapacitansen.

Superkondensatorerna kallas också som kondensator med dubbla lager. Det finns en anledning bakom det. Mycket liten separation och stor ytarea med speciell elektrolyt, ytskiktet av elektrolytiska joner bildar ett dubbelt lager. Det skapar två kondensatorkonstruktioner, en vid varje kolelektrod och kallas en dubbelskiktskondensator.

Dessa konstruktioner har en nackdel. Spänningen över kondensatorn blev mycket låg på grund av nedbrytningsspänningen i elektrolyten. Spänningen är starkt beroende av elektrolytmaterialet, materialet kan begränsa kondensatorns lagringskapacitet för elektrisk energi. Så på grund av den låga polspänningen kan en superkondensator kopplas i serie för att lagra elektrisk laddning på en användbar spänningsnivå. På grund av detta producerar supekapacitorn i serie högre spänning än vanligt och parallellt blev kapacitansen större. Det kan tydligt förstås av nedanstående Supercapacitor Array Construction-teknik.

Supercapacitor Array konstruktion

För att lagra laddning med en användbar nödvändig spänning måste superkondensatorer anslutas i serie. Och för att öka kapacitansen bör de anslutas parallellt.

Låt oss se arraykonstruktionen för Supercapacitor.

I ovanstående bild betecknas cellspänningen för en enda cell eller kondensator som Cv, medan kapacitansen för en enda cell betecknas som Cc. Spänningsområdet för en superkondensator är från 1V till 3V, seriekopplingarna ökar spänningen och fler kondensatorer ökar kapacitansen parallellt.

Om vi ​​skapar matrisen blir spänningen i serie

Total spänning = Cellspänning (Cv) x Antal rader

Och kapacitansen parallellt kommer att vara

Total kapacitans = Cellkapacitans (Cc) x (Antal kolumner / antal rader)

Exempel

Vi måste skapa en reservlagringsenhet, och för det krävs en 2,5F super eller superkondensator med 6V-betyg.

Om vi ​​behöver skapa matrisen med hjälp av 1F-kondensatorer med 3V-klassificeringen, vad blir då gruppstorleken och kondensatormängden?

Total spänning = Cellspänning x Radnummer Därefter, Radnummer = 6/3 Radnummer = 2

Medel två kondensatorer i serie kommer att ha en 6V potentialskillnad.

Nu, kapacitansen, Total kapacitans = Cellkapacitans x (Kolumnnummer / Radnummer) Därefter, Coloumn-tal = (2,5 x 2) / 1

Så vi behöver två rader och 5 kolumner.

Låt oss konstruera matrisen,

Den totala energin som lagras i matrisen är

Superkondensatorer är bra för att lagra energi och där snabb laddning eller urladdning behövs. Det används i stor utsträckning som reservenheter där säkerhetskopiering eller snabb urladdning behövs. De används vidare i skrivare, bilar och olika drickbara elektroniska enheter.