Supercondensadors en lloc de bateries: dispositiu, comparació de funcions, avantatges d'ús, ressenyes

2024 Autora: Erin Ralphs | [email protected]. Última modificació: 2024-02-19 12:57

La idea d'una capacitat específica alta es va explorar a la dècada de 1960, però avui hi ha una nova onada d'augment d'interès en aquesta tecnologia, a causa de la combinació única de propietats de rendiment del producte final. Avui, sobre la base d'aquesta tecnologia, es produeixen diverses modificacions de supercondensadors i ultracondensadors, que bé es poden considerar com una bateria d'energia completa. Els conceptes de supercondensadors que es mostren a continuació mostren que la seva futura competència amb les bateries convencionals (bateries) no és tan fantàstica.

Què és un supercondensador?

En essència, es tracta d'una bateria electroquímica optimitzada, feta en forma d'un condensador compacte. Fins i tot amb una comparació superficial del dispositiu amb un típicbateria per a un cotxe, podeu destacar la diferència òbvia de mida i, a la pràctica, els beneficis també sortiran a la superfície en forma d'una vida útil i una potència més llargues. És a dir, es poden utilitzar supercondensadors en lloc de bateries, encara que amb algunes reserves a causa de les limitacions pel que fa a l'acumulació de potencial energètic. Aquests matisos encara es produeixen a causa de la imperfecció del desenvolupament tecnològic dels ionistors, però, la situació està canviant sota la pressió del mercat amb els seus creixents requeriments de bateries.

Disseny i disseny de producte

La base d'aquest condensador està formada per dos elèctrodes, entre els quals tradicionalment es col·loca el medi electrolític. Es poden observar diferències amb la bateria en l'estructura dels materials per a la fabricació d'elèctrodes, les plaques dels quals estan recobertes de carbó actiu porós. Pel que fa a l'electròlit, amb aquesta capacitat es poden utilitzar mescles orgàniques i inorgàniques. Estructuralment, també destaca la solució tècnica d'aïllament en l'estructura de supercondensadors. En lloc de plaques d'alumini de bateria amb una capa dielèctrica, s'utilitzen components amb propietats òptimes de conductivitat iònica i electrònica. Si continuem amb el concepte del possible ús d'un supercondensador com a bateria, llavors el carboni porós podria actuar com a conductor electrònic, i una solució d'àcid sulfúric podria actuar com a conductor iònic. D'aquesta manera, es pot proporcionar una capa de separació de càrrega òptima entre els elèctrodes sense la inclusió addicional d'aïllants voluminosos.

Varietats de supercondensadors

A dia d'avui, hi ha diverses direccions en el desenvolupament dels ionistors. Els més notables i prometedors són els següents tipus de dispositius:

• Condensadors de doble capa. El model estàndard, que utilitza els elèctrodes esmentats anteriorment fets de material elèctricament conductor, i un separador especial s'utilitza com a electròlit. L'acumulació de potencial energètic es produeix com a resultat de la separació de càrrega als elèctrodes.
• Pseudocondensadors. Una bateria recarregable feta amb aquest tipus de supercondensadors pot ser una solució de gran èxit, ja que ofereix maneres més avançades d'emmagatzemar energia. En primer lloc, s'activa el principi del mecanisme de Faraday associat als processos d'acumulació d'energia en bateries convencionals. I en segon lloc, també es conserva l'esquema bàsic d'interacció electrostàtica entre elèctrodes en una doble capa elèctrica.
• Condensadors híbrids. Un concepte intermedi que combina les característiques positives individuals de les bateries i els condensadors. Aquests dispositius solen utilitzar una combinació d'elèctrodes fets d'òxids barrejats i polímers dopats. El desenvolupament posterior d'aquesta direcció s'associa amb l'ús de materials compostos complementats amb transportadors de carboni i polímers conductors.

Funcions clau

Avui és difícil parlar dels indicadors de rendiment ben establerts dels ionistors, perquèla tecnologia es millora constantment i s'ajusta per a la millora de les fonts de corrent electroquímica. Però si agafem les dades mitjanes sobre les característiques principals dels supercondensadors, els indicadors específics tindran aquest aspecte:

• Temps de càrrega: d'1 a 10 segons
• El nombre de cicles de càrrega és d'aproximadament 1 milió, que correspon a 30.000 hores.
• Tensió a la cel·la de bloc: interval de 2,3 a 2,75 V.
• Intensitat energètica - valor estàndard 5 Wh/kg.
• Potència: uns 10.000 W/kg.
• Durabilitat: fins a 15 anys.
• Temperatura de funcionament -40 °C a 65 °C.

Comparació amb les bateries convencionals

Els principals paràmetres distintius són la taxa d'acumulació d'energia i el grau de retorn de la càrrega elèctrica. A causa de l'ús d'una doble capa de potencial elèctric prop del supercondensador amb dimensions similars, augmenta l'àrea de la superfície de treball dels elèctrodes. És a dir, podem parlar de combinar les millors propietats de la bateria i del condensador com a tal. Si comparem la distribució dels corrents de la bateria i el supercondensador amb la càrrega, aleshores la uniformitat dels volums del corrent consumit serà generalment idèntica, però amb dues correccions. Durant el funcionament de la bateria, és possible desplaçar el corrent més gran cap a l'element situat a la part inferior del bloc, i en el cas dels ionistors, en principi, el potencial serà menor a causa de la baixa tensió. A més, les diferències significatives inclouen la diferència en el recurs de treball: els supercondensadors serveixen aproximadament un 25-30% més en el temps, per no parlar.taxa més alta de cicles de treball factibles.

Avantatges del funcionament de supercondensadors

Si en general tenim en compte els efectes positius de l'ús de supercondensadors en comptes de bateries, les qualitats següents passaran a primer lloc:

• L' alta densitat d'energia dels supercondensadors els permet utilitzar-los en dispositius electrònics com a font d'alimentació a curt termini.
• Seguretat mediambiental. Per descomptat, els components electroquímics encara es conserven en el disseny, però els seus efectes tòxics estan disminuint constantment.
• Possibilitat d'utilitzar energia de fonts renovables: vent, sol, aigua i terra.
• Ampliació d'oportunitats per a la integració estructural de bateries, per exemple, per al manteniment de centrals elèctriques complexes, màquines elèctriques híbrides, vehicles alimentats amb hidrogen, etc.

Val la pena destacar alguns dels avantatges d'un supercondensador en relació a un condensador convencional. N'hi ha pocs, però una gran capacitat d'emmagatzematge d'energia és fonamental. Segons aquest indicador, no totes les modificacions dels ionistors poden competir amb les bateries, però, en comparació amb els condensadors del paràmetre de capacitat elèctrica, guanyen amb confiança.

Revisions positives de supercondensadors

Les proves i l'aplicació parcial de supercondensadors avui tenen lloc en diverses indústries. Tal com mostren les revisions sobre el funcionament d'aquests dispositius, confirmen les declaracions dels fabricants sobre l' altfiabilitat, seguretat ambiental i alta capacitat. El que és especialment important des del punt de vista de la comparació de supercondensadors i bateries, els primers no són tan exigents per crear condicions especials durant la manipulació física. Això es deu en part a la mateixa baixa toxicitat dels components, però en major mesura, l'ergonomia de funcionament es deu a l' alt grau de protecció de la carcassa. És a dir, l'usuari no necessita proporcionar dispositius especials per al manteniment de supercondensadors en condicions segellades. El baix pes i les dimensions optimitzades també faciliten la realització de les operacions de manteniment rutinàries.

Revisions negatives de supercondensadors

També hi ha debilitats en aquest tipus de condensadors, que també es manifesten clarament a la pràctica. En particular, els usuaris assenyalen la seva baixa densitat d'energia, el seu baix rendiment i el nivell de tensió no sempre suficient, la qual cosa fa necessari utilitzar diversos elements per servir una unitat de consum objectiu. En molts aspectes, aquestes deficiències impedeixen l'ús de supercondensadors en comptes de bateries avui en dia, tot i que, de nou, és més probable que el desenvolupament tecnològic solucioni aquests problemes.

Perspectives per al desenvolupament de condensadors

Segons experts i desenvolupadors de bateries, en un futur proper, s'utilitzaran condensadors de nova generació a tot arreu. Això serà possible gràcies a l'augment actiu de la capacitat específica dels dispositius. Val la penaafegir i millorar les característiques tècniques i estructurals dels supercondensadors, que es refereixen principalment a les dimensions i el pes. Paral·lelament, avui ja s'estan organitzant proves d'ionistors amb una potència de fins a 2,5 mW. En el futur, aquests sistemes es podran utilitzar en el manteniment de xarxes de transport, instal·lacions industrials i complexos residencials.

Conclusió

El concepte de supercondensador es considera la solució òptima en situacions en què hi ha una necessitat a curt termini de subministrament d'alimentació amb càrrega activa. En part, això és una contradicció amb la idea de les bateries electroquímiques, que se centren en el manteniment a llarg termini de l'energia amb determinats paràmetres. Però, tenint en compte aquesta característica operativa, és possible utilitzar un supercondensador en lloc d'una bateria en un cotxe? Amb un alt grau de probabilitat, les empreses automàtiques avançades utilitzaran condensadors d' alta capacitat, però només en versions híbrides especials que combinen les qualitats positives dels supercondensadors com a tals i els components electroquímics tradicionals. Per exemple, avui dia aquestes solucions s'utilitzen en forma de combinació d'una estructura electroquímica de plom-àcid i un supercondensador.