în loc de o baterie de condensatoare

Pentru condensatoare de stocare a energiei electrice oameni folosit pentru prima dată. Apoi, când electrică trecut dincolo de experimente de laborator, baterii inventate au devenit principalele mijloace de stocare a energiei electrice. Dar, la începutul secolului al XXI-l din nou propus să folosească condensatori pentru energie electrică. Pe cât posibil, și în cazul în care bateriile merge complet în trecut?

Motivul pentru care au fost condensator este alimentat de baterii a fost asociat cu un valori semnificativ mai mari de putere, ei sunt capabili să se acumuleze. Un alt motiv este că, în timpul descărcării tensiunea de ieșire a bateriei variază foarte ușor, astfel încât regulatorul de tensiune este necesară sau nu, sau poate avea o structură foarte simplă.

Diferența principală dintre condensatori și baterii este faptul că condensatoarele sunt stocate direct sarcină electrică, iar bateria este transformată în energie electrică în energie chimică, depozitați-l, și apoi convertit înapoi la Ener chimice electrice.

În cazul în care partea de conversie a energiei din ea se pierde. Prin urmare, chiar și cea mai bună performanță a bateriei nu este mai mare de 90%, în timp ce, la fel ca în condensatoare se poate ajunge la 99%. Intensitatea reacțiilor chimice depinde de temperatură, astfel încât acumulatorii rece funcționează semnificativ mai slabe decât la temperatura camerei. În plus, reacțiile chimice din bateria nu este complet reversibilă. Prin urmare, un număr mic de cicluri de încărcare-descărcare de gestiune (de ordinul a mii de unități, de multe ori durata de viață a bateriei de aproximativ 1000 de cicluri de incarcare-descarcare) și „efectul de memorie.“ Să ne amintim că „efectul de memorie“ este faptul că bateria trebuie să fie întotdeauna evacuate într-o anumită cantitate de energie stocată, în timp ce capacitatea sa este maximizată. Dacă după descărcare există mai multă putere, capacitatea bateriei va scădea treptat. „Efect de memorie“ comun la aproape toate tipurile de baterii disponibile în comerț, cu excepția acidului (inclusiv speciile lor - gel și AGM). Deși se presupune că litiu-ion și bateria litiu-polimer nu este specifică pentru ea, de fapt, și ei este pur și simplu se manifestă într-o măsură mai mică decât în ​​alte tipuri. În ceea ce privește bateriile acide, în care efectul se manifestă plăci sulfatare, provocând pagube ireversibile la sursa de alimentare. Unul dintre motive este o lungă ședere în starea de încărcare a bateriei mai mică de 50%.

În ceea ce privește energia alternativă „efect de memorie“ și plăcile de sulfatare sunt probleme serioase. Faptul că aportul de energie din surse, cum ar fi panourile solare și turbinele eoliene, este dificil de prezis. Ca rezultat, încărcare și descărcare a bateriei apar la întâmplare într-un mod care nu este optimă.

Pentru ritmul de viață modern este absolut inacceptabil faptul că bateriile trebuie să fie încărcat timp de câteva ore. De exemplu, cum vă imaginați o excursie pe un vehicul electric pe distanțe lungi, în cazul în care descărcarea bateriei vă întârziere timp de câteva ore la taxa punct? rata de încărcare a bateriei este limitată de viteza producerii acestuia în procesele chimice. Puteți reduce timpul de încărcare de până la o oră, dar nu și la câteva minute. În același timp, rata de încărcare a condensatorului este limitată doar de curentul maxim care dă încărcătorul.

Aceste neajunsuri au folosit baterii reale în loc de condensatori.

Utilizarea stratului dublu electric

Pentru mai multe decenii, sa bucurat de cea mai mare capacitate condensatoarelor electrolitice. Într-unul dintre acești electrozi este o folie metalică, celălalt - electrolit și izolația dintre electrozi - un oxid metalic, care este acoperit cu o folie. În capacitatea de condensator electrolitic poate fi de până la câteva sutimi de Faraday, ceea ce este insuficient pentru a înlocui complet bateria.

Compararea diferitelor tipuri de structuri kondenstatorov (Sursa: Wikipedia)

Capacitate mare, măsurată în mii de farazi, permit să se obțină condensatori pe baza așa-numitul strat electric dublu. Principiul de funcționare este după cum urmează. Stratul dublu electric are loc în anumite condiții limită privind substanțele în fazele solide și lichide. Ionii sunt formate două straturi cu acuzații de semn opus, dar magnitudine identice. În cazul în care situație foarte simplificată, a format condensator „plăci“ care sunt ionii de respectivele straturi cu o distanță egală cu câțiva atomi.

Supercapacitors diferite capacitatea de producție Maxwell

Condensatoare bazate pe acest efect, uneori denumit supercapacitors. De fapt, acest termen este nu numai de condensatori, care se acumulează sarcină electrică, dar și la alte dispozitive de stocare a energiei electrice - cu conversia parțială a energiei electrice în energie chimică, menținând în același timp sarcina electrică (ionistor Hybrid) și pentru bateriile bazate pe strat electric dublu (așa-numitul psevdokondensatory). Prin urmare, termenul „supercapacitorilor“ mai adecvate. Uneori, termenul „ultracapacitor“ identic cu el în locul lui.

implementarea tehnică

Supercapacitor cuprinde două electrod de cărbune activat, electrolit inundat. Intre ele este o membrană care trece electrolit, dar împiedică mișcarea fizică a particulelor de carbon activat între electrozi.

Trebuie remarcat faptul că supercondensatorilor înșiși nu au nici o polaritate. În acest sens, ele diferă fundamental de condensator electrolitic, care este de obicei caracterizat prin polaritatea, a căror eșec duce la eșecul de ieșire condensator. Cu toate acestea, pe supercapacitorilor aplicat, de asemenea, polaritate. Acest lucru se datorează faptului că supercapacitorilor off este deja încărcat linia de asamblare, marcare polaritate este această taxă.

Parametrii supercapacitori

Pentru a facilita luarea în considerare a problemei, vom neglija pierderile în tensiune invertor și stabilizatori. În acest caz, dacă lucrați cu o baterie convențională, cu o tensiune de 12 V, sistemul electronic de control trebuie să reziste la curent de 5 A. Aceste dispozitive electronice sunt larg răspândite, și sunt ieftine. Dar o situație foarte diferită apare atunci când se utilizează o tensiune Supercapacitor, care este de 2,5 V. Apoi, curentul care curge prin componentele electronice ale convertorului poate fi de până la 24 A, care necesită noi abordări skhmotehnike și element de bază moderne. Această dificultate cu construcția convertorului și stabilizatorul poate fi explicat prin faptul că supercondensatorilor, din care producția de serie a fost început în anii 70 ai secolului XX, abia acum au fost utilizate pe scară largă în diverse domenii.

Diagrama schematică a unei surse de alimentare neîntreruptibilă
tensiunea la bornele supercondensatorilor, unitățile de bază puse în aplicare
o producție mikoskheme LinearTechnology

Supercapacitors poate fi conectat într-o baterie, utilizând o conexiune serială sau paralelă. În primul caz, tensiunea maximă crește. În al doilea caz - capacitate. Crește tensiunea maximă în acest mod este o modalitate de a rezolva problema, dar să plătească pentru ea va avea o scădere a capacității.

Dimensiunile supercapacitors, desigur, depind de capacitatea lor. Tipic capacitanță Supercapacitor 3000 F este un cilindru cu un diametru de aproximativ 5 cm și o lungime de 14 cm. Când containerul 10 F Supercapacitor are dimensiuni comparabile cu cele ale unghiilor umane.

Supercondensatorii bune pot rezista la sute de mii de cicluri de încărcare-descărcare de gestiune, depășind în acest parametru baterii de aproximativ 100 de ori. Dar, cum ar fi condensatori electrolitici, pentru supercapacitorilor este problema îmbătrânirii scurgerii treptată. Până în prezent, cu toate acestea o statistică plin de eșec al supercapacitorilor din acest motiv nu se acumulează, ci pe baza unor dovezi indirecte, perioada de serviciu a supercapacitorilor poate fi estimat ca aproximativ 15 de ani.

energia stocată

Cantitatea de energie stocată în condensator este exprimată în jouli:

E = CU 2/2,
unde C - capacitatea, exprimată în farazi, U - tensiunea peste plăcile, exprimate în volți.

Cantitatea de energie stocată în condensator este exprimat în kWh, egal cu:

Prin urmare, condensator 3000 F cu o tensiune între electrozi este capabil IDE 2.5 să stoc doar 0,0026 kWh. Cum este posibil să se refere, de exemplu, o baterie litiu-ion? Dacă presupunem tensiunea de ieșire nu depinde de o rată de descărcare de gestiune și egală cu 3,6 V, cantitatea de energie 0,0026 kWh este stocat în capacitatea bateriei litiu-ion de 0,72 Ah. Din păcate, un rezultat foarte modest.

Utilizarea supercapacitors

Sistemele de iluminat de urgență sunt locul în care utilizarea supercapacitorilor în loc de baterii oferă un câștig considerabil. De fapt, este pentru această aplicație se caracterizează prin descărcare inegală. În plus, este de dorit pentru a încărca corpul de iluminat de urgență este mai rapid de utilizat și are o sursă de alimentare redundantă mai fiabile. sursă de alimentare de rezervă bazată pe Supercapacitor pot fi încorporate direct în T8 lampă cu LED-uri. Aceste lămpi sunt deja disponibile de la un număr de firme din China.

Zgura alimentat lampă cu LED-uri
energie solară, de stocare a energiei
care se desfășoară într-un Supercapacitor

După cum sa menționat deja, dezvoltarea supercapacitorilor este în mare parte datorită interesului în surse alternative de energie. Dar aplicarea practică este încă lumini cu LED-uri care obține energia de la soare limitat.

În mod activ dezvoltarea unei astfel de direcție să folosească supercapacitors pentru a rula echipamente electrice.

Supercapacitors sunt capabile de a da cantități mari de energie într-o perioadă scurtă de timp. Propulsată echipamente electrice în punctul de pornire al unui supercapacitor poate reduce sarcinile maxime pe cablul de alimentare și în cele din urmă reduce marja de curenții de pornire, realizarea de economii enorme.

Combinarea mai multor Supercondensatorii în baterie, putem realiza o capacitate comparabilă cu bateriile utilizate în vehicule electrice. Dar cântărește această baterie va fi de mai multe ori bateria mai mult, ceea ce este inacceptabil pentru vehicule. Soluția este de a utiliza stocarii bazate pe grafen, dar ele există numai ca prototip. Cu toate acestea, versiunea avansată a celebrului „E-mobil“, care funcționează doar pe energie electrică, ca sursă de energie va utiliza o nouă generație de supercapacitors, dezvoltarea, care este realizat de oamenii de știință din România.

Supercapacitors, de asemenea, va câștiga în înlocuirea bateriei în vehicule convenționale, care rulează pe benzină sau motorină - utilizarea lor în astfel de vehicule este deja o realitate.

Până în prezent, cel mai de succes a proiectelor realizate supercondensatorilor de implementare poate fi considerată o nouă producție-cărucior românesc, lansat recent pe străzile din Moscova. La încetarea aplicării tensiunii de la catenară sau când „formarea de zbor“ colector de curent troleibuzul se poate deplasa la o viteză mică (aproximativ 15 km / h), de câteva sute de metri într-o locație în cazul în care nu va interfera cu mișcarea pe drum. sursa de energie pentru astfel de manevre, pentru că este o baterie de supercapacitorilor.

În general, în timp ce supercapacitorilor pot deplasa bateriile numai în anumite „nișe“. Dar tehnologiile se dezvoltă rapid, ceea ce ne face să ne așteptăm ca în viitorul apropiat, domeniul de aplicare al supercondensatorilor va crește în mod semnificativ.

Alexey Vasiliev

Informații despre companie

Articolul discută aspecte legate de caracteristicile de design si aplicatii de diferite tipuri de condensatoare electrolitice, în special, prezintă o metodă de calculare a timpului de funcționare până la eșecul (MTTF) condensatoarelor electrolitice în conformitate cu condițiile concrete de aplicare.

Sistemele cu destinație specială Circuitry sunt extrem de diverse, dar ele sunt supuse unor cerințe operaționale generale: rezistența la schimbări de șoc, vibrații și temperatură, fiabilitate ridicată, o funcționare normală, după o lungă perioadă de timp inactiv, utilizarea componentelor cu parametri de înaltă stabilitate temporală.

Creșterea globală a prețurilor la energie, creșterea consumului de energie electrică este în creștere în mod constant cerințele pentru fiabilitatea sistemelor de putere - toate acestea conduc la faptul că întreprinderile sunt noi provocări.

În anii 80 ai secolului trecut, Uniunea Sovietică a fost cel mai mare producător mondial de baterii alcaline, din care volumul total a ajuns la mai mult de 1,5 miliarde de wați-oră. Bateriile alcaline au devenit indispensabile în aproape toate industriile. comenzi mari sunt primite în mod constant de către și Ministerul Apărării.