Последовательное подключение ионисторов: ИОНИСТОР ВМЕСТО АККУМУЛЯТОРА

Что такое суперконденсаторы? Обзор суперконденсаторов или ультраконденсаторов

Конденсатор представляет собой пассивный компонент с двумя выводами, который широко используется в электронике. Почти каждая схема, которую мы находим в электронике, использует один или несколько конденсаторов для различного использования. Конденсаторы являются наиболее используемым электронным компонентом после резисторов. Они обладают специальной способностью запасать энергию . На рынке доступны различные типы конденсаторов, но один из них, который в последнее время приобретает популярность и обещает замену или замену батарей в будущем, представляет собой суперконденсаторов или также известен как ультраконденсаторов .Суперконденсатор — это не что иное, как конденсатор большой емкости, значения емкости которого намного выше, чем у обычных конденсаторов, но с более низким пределом напряжения. Они могут хранить в 10-100 раз больше энергии на единицу объема или массы, чем электролитические конденсаторы, могут принимать и доставлять заряд гораздо быстрее, чем батареи, и выдерживают больше циклов зарядки-разрядки, чем аккумуляторы.

Суперконденсаторы или ультраконденсаторы

— это новая технология накопления энергии, которая получила широкое развитие в современную эпоху.Суперконденсаторы дают значительные производственные и экономические выгоды

Емкость конденсатора измеряется в Фараде (F), как 0,1 мкФ (микрофарад), 1 мФ (миллифарад). Тем не менее, в то время как конденсаторы с более низким значением довольно распространены в электронике, конденсаторы с очень высокими значениями также доступны, которые накапливают энергию с гораздо более высокой плотностью и доступны с очень высоким значением емкости, вероятно, в диапазоне Фарада.

На изображении выше показано локально доступное изображение суперконденсатора 2,7 В, 1 Фарад.Номинальное напряжение намного ниже, но емкость вышеупомянутого конденсатора довольно высока.

Преимущества суперконденсатора или ультраконденсатора

Спрос на суперконденсаторов растет день ото дня. Основная причина быстрого развития и спроса обусловлена ​​многими другими преимуществами суперконденсаторов, немногие из них указаны ниже:

• Обеспечивает очень хороший срок службы около 1 миллиона циклов зарядки.
• Рабочая температура почти от -50 до 70 градусов, что делает его пригодным для использования в бытовых приложениях.
• Высокая удельная мощность до 50 раз, которая достигается за счет батарей.
• Вредные материалы, токсичные металлы не являются частью процесса производства суперконденсаторов или ультраконденсаторов, что делает его сертифицированным как одноразовый компонент.
• Это эффективнее, чем батареи.
• Не требует обслуживания по сравнению с батареями.

Суперконденсаторы хранят энергию в своем электрическом поле, но в случае батарей они используют химические соединения для хранения энергии.Кроме того, благодаря своей способности быстрой зарядки и разрядки, суперконденсаторы постепенно выходят на рынок аккумуляторов. Низкое внутреннее сопротивление с очень высокой эффективностью, отсутствие затрат на техническое обслуживание, более длительный срок службы являются основной причиной его высокого спроса на современном рынке источников питания.

Энергии в конденсаторе

Конденсатор хранит энергии в виде Q = C x V . Q обозначает заряд в кулонах, C — емкость в Фарадах, а V — напряжение в вольтах.Таким образом, если мы увеличим емкость, запасенная энергия Q также увеличится.

Единицей емкости является Фарад (F), который назван в честь М. Фарадея. Фарад — это единица измерения емкости в кулонах / вольт. Если мы скажем конденсатор с 1 Фарадом, то он создаст разность потенциалов в 1 вольт между своими пластинами в зависимости от заряда в 1 кулон.

1 Фарад — это конденсатор с очень большим значением для использования в качестве общего электронного компонента. В электронике, как правило, используется емкость от микрофарада до пикофарада.Микрофарад обозначается как uF (1/1 000 000 Фарад или 10 ^-6 F), нанофарад — nF (1/1 000 000 000 или 10 ^-9 F), а Пико Фарад — pF (1/1 000 000 000 000 или 10 ^-12 F )

Если значение становится намного выше, например, от mF до нескольких Фарад (как правило, <10F), это означает, что конденсатор может удерживать гораздо больше энергии между его пластинами, этот конденсатор называется Ультраконденсатором или Суперконденсатором .

Энергия, запасенная в конденсаторе, равна E = ½ CV ² Дж.E — накопленная энергия в джоулях, C — емкость в Фараде, а V — разность потенциалов между пластинами.

Строительство Суперконденсатор

Суперконденсатор представляет собой электрохимическое устройство. Интересно, что нет никаких химических реакций, ответственных за сохранение его электрической энергии, они имеют уникальную конструкцию, с большой проводящей пластиной или электродом, которые тесно расположены с очень маленькой площадью поверхности.Его конструкция такая же, как у электролитического конденсатора с жидким или влажным электролитом между электродами. Вы можете узнать о различных типах конденсаторов здесь.

Суперконденсатор действует как электростатическое устройство, хранящее свою электрическую энергию как электрическое поле между проводящими электродами.

Электроды, красные и синие, имеют двустороннее покрытие . Они обычно изготавливаются из графитового углерода в форме углеродных нанотрубок или гелей или специального типа проводящих активированных углей.

Чтобы заблокировать большой поток электронов между электродами и пропускание положительного иона, используется пористая бумажная мембрана. Бумажная мембрана также разделяет электроды. Как видно на изображении выше, пористая бумажная мембрана расположена посередине зеленого цвета. Электроды и бумажный сепаратор пропитаны жидким электролитом. Алюминиевая фольга используется в качестве токосъемника, который устанавливает электрическое соединение.

Разделительная пластина и площадь пластин отвечают за значение емкости конденсатора.Отношение можно обозначить как

Где Ɛ — диэлектрическая проницаемость материала, присутствующего между пластинами

А — площадь пластины

D — разделение между пластинами

Таким образом, в случае суперконденсатора необходимо увеличить площадь контакта, но есть ограничение. Мы не можем увеличить физическую форму или размер конденсатора. Чтобы преодолеть это ограничение, используются специальные типы электролитов для увеличения проводимости между пластинами, таким образом увеличивая емкость.

Суперконденсаторы также называют двухслойными конденсаторами . За этим стоит причина. Очень небольшое разделение и большая площадь поверхности с помощью специального электролита, поверхностный слой электролитических ионов образуют двойной слой. Он создает две конденсаторные конструкции, по одной на каждом угольном электроде, и называется двухслойным конденсатором.

Эти конструкции имеют недостаток. Напряжение на конденсаторе стало очень низким из-за напряжения разложения электролита.Напряжение сильно зависит от материала электролита, материал может ограничивать емкость накопления электрической энергии конденсатора. Таким образом, из-за низкого напряжения на клеммах суперконденсатор может быть соединен последовательно для хранения электрического заряда на полезном уровне напряжения. Из-за этого суперконденсатор последовательно вырабатывает более высокое напряжение, чем обычно, и параллельно емкость становится больше. Это может быть ясно понято по методике построения массива суперконденсаторов.

Суперконденсаторная Массив

Для накопления заряда при необходимом необходимом напряжении суперконденсаторы должны быть подключены последовательно.А для увеличения емкости они должны быть подключены параллельно.

Давайте посмотрим конструкцию массива суперконденсатора.

На приведенном выше изображении напряжение элемента одного элемента или конденсатора обозначено как Cv, в то время как емкость одного элемента обозначено как Cc. Диапазон напряжений суперконденсатора составляет от 1 В до 3 В, соединения серии увеличивают напряжение, а параллельные конденсаторы увеличивают емкость .

Если мы создадим массив, напряжение в серии будет

  Общее напряжение = напряжение ячейки (Cv) x Количество рядов  

И емкость параллельно будет

  Общая емкость = Емкость ячейки (куб. См) x (Количество столбцов / Количество строк)  

Пример

Нам необходимо создать устройство резервного копирования, для чего требуется суперконденсатор 2.5F или суперконденсатор с номиналом 6 В.

Если нам нужно создать массив с использованием конденсаторов 1F с номиналом 3 В, то каков будет размер массива и количество конденсаторов?

  Общее напряжение = Напряжение элемента x Номер строки 
  Тогда номер строки = 6/3 
  Номер строки = 2  

Означает, что два последовательно соединенных конденсатора будут иметь разность потенциалов 6 В.

Теперь емкость

  Общая емкость = емкость элемента x (номер столбца / номер строки) 
  Тогда номер Колумна = (2.5 х 2) / 1  

Итак, нам нужно 2 строки и 5 столбцов.

Давайте построим массив,

Общая энергия, хранящаяся в массиве, составляет

Суперконденсаторы

хорошо накапливают энергию и там, где требуется быстрая зарядка или разрядка. Он широко используется в качестве резервных устройств, где требуется резервное питание или быстрая разрядка. Они также используются в принтерах, автомобилях и различных устройствах для питьевой электроники.

,

Информация о суперконденсаторах — Battery University

Узнайте, как суперконденсатор может улучшить батарею.

Суперконденсатор, также известный как ультраконденсатор или двухслойный конденсатор, отличается от обычного конденсатора тем, что он имеет очень высокую емкость. Конденсатор накапливает энергию посредством статического заряда, а не электрохимической реакции. Применение разности напряжений на положительной и отрицательной пластинах заряжает конденсатор.Это похоже на накопление электрического заряда при ходьбе по ковру. Прикосновение к объекту высвобождает энергию через палец.

Существует три типа конденсаторов, и наиболее основным является электростатический конденсатор с сухим сепаратором. Этот классический конденсатор имеет очень низкую емкость и в основном используется для настройки радиочастот и фильтрации. Размер варьируется от нескольких пикофарад (pf) до низкого микрофарада (мкФ).

Электролитический конденсатор обеспечивает более высокую емкость, чем электростатический конденсатор, и рассчитывается в микрофарадах (мкФ), что в миллион раз больше пикофарада.Эти конденсаторы используют влажный сепаратор и используются для фильтрации, буферизации и связывания сигналов. Подобно батарее, электростатическая емкость имеет положительные и отрицательные стороны, которые необходимо соблюдать.

Третий тип — суперконденсатор с номиналом в Фарадах, который в тысячи раз выше, чем электролитический конденсатор. Суперконденсатор используется для накопления энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности.

Фарад — это единица измерения емкости, названная в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867).Один фарад хранит один кулон электрического заряда при подаче одного вольта. Один микрофарад в миллион раз меньше фарада, а один пикофарад в миллион раз меньше микрофарада.

Инженеры General Electric впервые экспериментировали с ранней версией суперконденсатора в 1957 году, но не было известных коммерческих приложений. В 1966 году Standard Oil заново открыла эффект двухслойного конденсатора, работая над экспериментальными конструкциями топливных элементов.Двойной слой значительно улучшил способность накапливать энергию. Компания не стала коммерциализировать изобретение и лицензировала его NEC, который в 1978 году продал эту технологию как «суперконденсатор» для резервного копирования памяти компьютера. Лишь в 1990-х годах достижения в области материалов и методов производства привели к повышению производительности и снижению затрат.

Суперконденсатор развился и перешел на аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита. В то время как основной электрохимический двухслойный конденсатор (EDLC) зависит от электростатического действия, в асимметричном электрохимическом двухслойном конденсаторе (AEDLC) используются батарейоподобные электроды для получения более высокой плотности энергии, но это имеет более короткий срок службы и другие нагрузки, которые делятся с аккумулятор.Графеновые электроды обещают усовершенствования суперконденсаторов и батарей, но до таких разработок еще 15 лет.

Было опробовано несколько типов электродов, и наиболее распространенные на сегодняшний день системы построены на электрохимическом двухслойном конденсаторе на углеродной основе, с органическим электролитом и простым в изготовлении.

Все конденсаторы имеют ограничения по напряжению. В то время как электростатический конденсатор может выдерживать высокое напряжение, суперконденсатор ограничен 2,5–2.7В. Возможны напряжения 2,8 В и выше, но при уменьшенном сроке службы. Чтобы получить более высокое напряжение, несколько суперконденсаторов соединены последовательно. Последовательное соединение уменьшает общую емкость и увеличивает внутреннее сопротивление. Струны из более чем трех конденсаторов требуют балансировки напряжения для предотвращения перенапряжения любого элемента. Литий-ионные аккумуляторы имеют одинаковую схему защиты.

Удельная энергия суперконденсатора находится в диапазоне от 1 Вт / кг до 30 Вт / кг, что в 10–50 раз меньше, чем у Li-иона.Кривая разряда является еще одним недостатком. Принимая во внимание, что электрохимическая батарея обеспечивает постоянное напряжение в используемом диапазоне мощности, напряжение суперконденсатора уменьшается в линейном масштабе, уменьшая полезный спектр мощности. (См. BU-501: Основы разрядки.)

Возьмите источник питания 6 В, который может разрядиться до 4,5 В до отключения оборудования. К тому времени, когда суперконденсатор достигает этого порога напряжения, линейный разряд дает только 44% энергии; остальные 56% зарезервированы.Дополнительный DC-DC преобразовать

.

Super Capacitor: Supercap »Электроника Примечания

Суперконденсатор или суперкап — это полезная форма конденсатора очень высокого значения для использования в таких приложениях, как временное удержание питания.

---

Конденсатор Учебник включает в себя:
Конденсатор использует Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный конденсатор слюды Супер конденсатор SMD конденсатор Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — советы и подсказки Коды конденсаторов и маркировка Таблица перевода

---

Суперконденсатор является специализированной формой конденсатора, который предлагает чрезвычайно высокие уровни емкости — иногда до многих фарад.

Суперконденсаторы также могут быть известны как суперкапсайры, ультраконденсаторы, а некоторые типы известны как двухслойные конденсаторы из-за их структуры.

Супер конденсатор или суперкап

Основы суперконденсаторной технологии

Технология суперконденсаторов отличается от технологии обычного конденсатора. Он должен принять другой подход, чтобы обеспечить достижение сверхвысоких значений емкости.

Существует несколько типов технологий суперкап или конденсаторов, которые могут быть использованы, но наиболее распространенным является двухслойный конденсатор DLC.

В суперконденсаторе DLC используется технология на основе углерода, в которой используется органический электролит. Эта технология проще в изготовлении, чем другие типы, и поэтому она получила более широкое признание.

Как и традиционные конденсаторы, суперконденсаторы имеют две металлические пластины. Эти пластины покрыты активированным углем, который представляет собой губчатый пористый материал. Эти пластины погружены в электролит, который содержит положительные и отрицательные ионы. Одна покрытая углеродом пластина или электрод положительна, а другая отрицательна.Во время зарядки ионы из электролита накапливаются на поверхности каждой пластины с углеродным покрытием.

Базовый суперконденсаторный двухслойный конденсатор

Когда происходит зарядка, у углеродных электродов есть два слоя заряда, покрывающих их поверхности, и это дает название двухслойным конденсаторам. Расстояние между двумя зарядовыми слоями на электроде чрезвычайно мало, и это означает, что достижимы очень высокие уровни емкости. Кроме того, поскольку на каждом электроде есть слои заряда, фактически суперконденсатор фактически состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, по одному на каждый электрод

.

Существуют два типа двухслойных конденсаторов, являющихся результатом различных механизмов накопления заряда:

• Электрический двухслойный конденсатор: EDLC накапливает энергию в двухслойном соединении электрод / электролит.В этом типе конденсатора материал электрода, используемый для конструкции ячейки для первого, является в основном углеродным материалом.
• Электрохимический двухслойный конденсатор или супер / псевдо-конденсатор: Суперконденсатор поддерживает фарадевскую реакцию между электродом и электролитом в подходящем потенциальное окно. В этом типе суперконденсатора материал электрода состоит из оксидов переходных металлов или смесей оксидов углерода и металлов / полимеров

Для обоих типов конденсаторов электролиты могут быть водными или неводными в зависимости от способа изготовления конденсаторной ячейки.

Именно по этой причине суперконденсаторы и двухслойные конденсаторы могут продаваться отдельно под разными названиями. Часто двухслойные конденсаторы не имеют такого высокого уровня емкости.

Применение суперконденсаторов

Очень высокая емкость суперконденсаторов делает их идеальными для различных применений, большинство из которых связаны с источниками питания.

Одно из основных применений — это резервные источники памяти, которые позволяют памяти, которая может зависеть от их источников, сохранять данные, даже если питание отключено.

Они также используются в источниках бесперебойного питания, ИБП, где они способны обеспечивать высокий уровень мощности в течение короткого промежутка времени — достаточного для поддержания работы оборудования до тех пор, пока не вернется вентилятор или не начнется резервное питание.

Суперконденсаторы также начинают использоваться в транспортных средствах для обеспечения возможности пиковой нагрузки источника питания. Они также используются в системах рекуперативного торможения, где они сохраняют энергию, регенерированную во время торможения, для последующего использования.

Сравнение суперконденсаторов и аккумуляторов

Суперконденсатор и некоторые аккумуляторные технологии конкурируют за некоторые приложения. Стоит взглянуть на сравнение между типичным суперконденсатором и литий-ионной аккумуляторной технологией, используемой сегодня. Для сравнения была взята литий-ионная технология, поскольку в настоящее время она широко используется в аккумуляторах самой высокой плотности.

Сравнения сделаны только для приблизительной оценки, и любое решение должно основываться на точных данных, полученных от производителей для рассматриваемых устройств, потому что технологии в обеих областях стремительно развиваются.

От

Сравнение суперконденсатора и литий-ионной батареи
Параметр	Суперконденсатор	литий-ионный
Напряжение на ячейке	2,3 — 2,7 В	3,6 В
Время зарядки	1 — 10 секунд	10 — 60 минут
Срок службы (циклы зарядки / разрядки)	~ 1 миллион	500 — 3000
Удельная энергия (Вт / кг)	~ 5	100 — 200
Удельная мощность (Вт / кг)	до 10 000	1000 — 3000
Поддержание выходного напряжения	Плохо	хорошо
Безопасность	Относительно безопасно при злоупотреблении	Менее безопасны и, как известно, взрывались в редких случаях
Стоимость за Вт	~ 20 единиц	~ 1 единица
Срок службы	~ 10 лет	~ 5 лет
Диапазон рабочих температур	~ -40 до + 65 ° C	~ 0 до + 40 ° C

Супер конденсатор или суперкап

Ограничения на суперкапы

Суперконденсатор или ультраконденсатор широко используется для многих применений, а компоненты доступны от многих поставщиков и дистрибьюторов.Однако есть несколько моментов, которые следует отметить при рассмотрении вопроса о включении одного в новый дизайн:

• Максимальное напряжение: Максимальное напряжение для ультраконденсаторов. Конденсаторы других типов могут быть изготовлены для работы при высоких напряжениях, но суперконденсаторы, как правило, ограничены рабочими напряжениями в диапазоне 2,5-2,7 В. Их можно изготовить для работы выше 2,8 В, но установлено, что срок службы сокращается.
• Серия : Для достижения более высоких рабочих напряжений для суперконденсаторов их можно устанавливать последовательно. Это уменьшает общую емкость, как в случае с любыми конденсаторами, установленными последовательно. Кроме того, если необходимо установить более трех конденсаторов последовательно, необходимо реализовать методы балансировки напряжения. Так как токи утечки через конденсаторы, вероятно, будут различными, разделенное напряжение на конденсаторах не будет одинаковым, и один или несколько могут войти в положение перенапряжения.
• Саморазряд: Саморазряд суперконденсаторов может быть проблемой при некоторых обстоятельствах. Это происходит из-за используемого электролита, и это означает, что накопленная энергия может уменьшиться на 50% или более в течение месяца или около того. Для сравнения: никелевая батарея (NiCd или NiMH) саморазряжается примерно на 10% или более в месяц, а литий-ионная батарея — примерно на 5% в месяц.

Как правило, ограничения для суперкапов не являются серьезной проблемой. Обычно они могут быть преодолены в тех областях, где они представляют проблему, а в некоторых они могут не вызывать никаких проблем.

Конденсатор конденсаторный краткий

В таблице ниже представлены некоторые характерные особенности некоторых из наиболее широко используемых металлических пленочных конденсаторов, которые могут быть приняты во внимание при разработке схем или замене старых компонентов.

Суперконденсатор, Суперкап. Резюме
Параметр	Детали
Диапазон значений	~ 0,1 Фарад вверх
Рабочее напряжение	Обычно 2.5 — 2,8 В

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов. , ,

.Сравнение и пример использования

суперконденсаторов и аккумуляторов

Существует долгая дискуссия о том, что в будущем суперконденсаторы вытеснят рынок аккумуляторов. Несколько лет назад, когда были выпущены суперконденсаторы, было много шума, и многие ожидали, что он заменит батареи в коммерческих электронных продуктах и ​​даже в электромобилях. Но на самом деле ничего подобного не произошло, потому что и суперконденсаторы, и аккумуляторы полностью отличаются друг от друга и имеют свои собственные приложения.

Интересный факт: Практически все современные контроллеры подушек безопасности питаются от суперконденсаторов благодаря их быстрому отклику на батареи.

По сравнению с батареей Суперконденсатор или Ультраконденсатор является источником энергии высокой плотности или накопителем с большой емкостью в течение короткого промежутка времени. В этой статье мы обсудим суперконденсатор по сравнению с батареей (литий / свинцово-кислотный) по различным параметрам и в заключение приведем пример для инженера, чтобы понять, где можно выбрать суперконденсатор вместо батареи для своих приложений.Если вы новичок в суперконденсаторах, то настоятельно рекомендуем изучить основы суперконденсаторов, прежде чем продолжить.

Плотность мощности

Суперконденсаторы

имеют с высокой удельной мощностью , чем батареи того же номинала. Хотя на рынке существуют различные виды батарей, например, литий-ионные, полимерные и свинцово-кислотные батареи имеют разную удельную мощность, от 1000 Втч на кг до 2000 Втч на кг. Рейтинги также могут сильно различаться в зависимости от производственного процесса.Сравнительная таблица ниже показывает плотность мощности Суперконденсатора и Батареи .

Но для суперконденсатора плотность мощности варьируется от 2500 Втч / кг до 45000 Втч / кг. Это намного больше, чем удельная мощность батарей одинакового номинала.

Из-за высокой плотности мощности суперконденсатор является полезным источником питания , где требуется больший пиковый ток .

Напряжение на ячейке

В различных приложениях входное напряжение часто является важным фактором.Очевидно, что на рынке существуют различные виды регуляторов напряжения, но все же входное напряжение на регуляторе стало важной частью приложения. На рисунке ниже показано выходное напряжение суперконденсатора и батареи для того же количества элементов.

Например, для применения с линейным стабилизатором напряжения, такого как 7812, требуется входное напряжение не менее 15 В. Одноэлементная литиевая батарея обеспечивает 3,2 вольта при низком заряде и 4.2 вольт при максимальном заряде. Поэтому, чтобы компенсировать спецификацию входного напряжения, требуется по крайней мере 5 батарей в последовательном соединении, но суперконденсатор может обеспечить выходное напряжение от 2,5 до 5,5 вольт. Суперконденсаторы имеют высокое напряжение элемента , равное 5,5 В, по сравнению с 3,7 В типичной литиевой батареи. Таким образом, игнорируя другие ограничения суперконденсатора , разработчик схемы может выбрать три 5,5 вольт суперконденсатора последовательно. Над батареей это, несомненно, плюс точка суперконденсаторов в условиях ограниченного пространства или оптимизации затрат для целей.

Эффективность

С точки зрения эффективности, суперконденсаторы на 95% эффективнее , чем батареи, которые на 60-80% эффективны в условиях полной нагрузки. Аккумуляторы при высокой нагрузке рассеивают тепло, что способствует низкой эффективности. Кроме того, температура батареи и другие параметры должны контролироваться во время зарядки и разрядки с использованием системы управления батареями (BMS), тогда как в суперконденсаторах такие системы строгого контроля могут не понадобиться.Эффективность для ультраконденсатора и батареи показана на рисунке ниже. Однако следует отметить, что суперконденсатор также генерирует номинальное тепло во время работы.

Многоразовость и срок службы

Срок службы батареи

сильно зависит от циклов зарядки и разрядки. В случае литиевых и свинцово-кислотных батарей время зарядки и разрядки ограничено от 300 до 500 циклов, иногда оно может составлять максимум 1000 раз.Срок службы без зарядки и разрядки литиевых батарей может длиться 7 лет.

Суперконденсатор имеет почти бесконечных циклов зарядки , его можно заряжать и разряжать огромное количество раз; это может быть от 1 лакха до 1 миллиона раз. Срок службы суперконденсатора также высок. Суперконденсатор может работать в течение 10-18 лет , в то время как свинцово-кислотная батарея может работать только около 3-5 лет.

Фактор Напряжения Разряда

Батарея обеспечивает относительно постоянное выходное напряжение.Но выходное напряжение суперконденсатора уменьшается при разряде . Таким образом, при использовании батарей в качестве источника питания можно использовать понижающий или повышающий регулятор в зависимости от требований приложения, но при использовании суперконденсатора широко используется широкополосный повышающий преобразователь для компенсации потери входного напряжения.

Время зарядки

Различные батареи используют разные алгоритмы зарядки. Для зарядки литий-ионных аккумуляторов используются зарядные устройства постоянного напряжения и постоянного тока.Зарядное устройство должно быть специально настроено для определения состояния заряда батареи, а также температуры. Для случая свинцово-кислотных аккумуляторов используется метод подзарядки .

В целом, чтобы зарядить батареи независимо от литий-ионных или свинцово-кислотных аккумуляторов, требуется несколько часов для полной зарядки. Суперконденсатор имеет быстрое время зарядки; требуется очень короткий период времени для получения полной зарядки. Таким образом, для приложений, где требуется время зарядки очень мало, суперконденсаторы определенно выигрывают при той же емкости батарей.

Стоимость

Стоимость является важным параметром для вопросов, связанных с дизайном продукта. Суперконденсаторы — это дорогостоящая альтернатива при использовании вместо батарей. Стоимость иногда становится очень высокой, например, в 10 раз выше по сравнению с той же емкостью батареи.

Факторы риска

Литиевые или свинцово-кислотные батареи требуют особого ухода или внимания в условиях эксплуатации или зарядки.Особенно для литий-ионных аккумуляторов, топология зарядки должна быть сконфигурирована таким образом, чтобы батарею нельзя было перезаряжать или заряжать с большей емкостью тока, чем батарея может фактически принять. Это увеличивает риск взрыва, когда батарея перезаряжена или заряжена сильным током.

Не только в состоянии зарядки, но и в условиях разрядки аккумуляторов также необходимо аккуратно эксплуатировать. Состояние глубокого разряда может привести к повреждению аккумулятора.Поэтому батарею необходимо отсоединить от нагрузки после того, как она достигнут определенного уровня зарядки. Кроме того, короткое замыкание батареи опасная ситуация.

Суперконденсаторы безопаснее батарей с точки зрения вышеуказанных факторов риска. Однако зарядка суперконденсатора с использованием более высокого напряжения, чем его номинальная мощность, потенциально вредна для суперконденсаторов. Но при зарядке более одного конденсатора это может стать сложной работой.

Тематическое исследование

Давайте рассмотрим ситуацию, когда мы хотим зажечь 10 параллельных светодиодов на 1 час. Для этого приложения давайте выясним, как инженеру следует рассмотреть вопрос об использовании суперконденсатора или литиевой батареи?

Давайте предположим, что светодиоды потребляют ток 30 мА при напряжении 2,5 В. Следовательно, мощность 10 светодиодов параллельно будет составлять

2,5 В х 0,03 х 10 =  0,75 Вт  

Теперь, за 1 час использования, который составляет 3600 секунд, требуемая энергия может быть рассчитана как

3600 х 075 =  2700 Джоулей.  

Если мы рассмотрим суперконденсатор 10F 2.5V, он может хранить E = 1 / 2CV ² , что составляет

½ x 10 x 2,5  2  =  31,25 Джоулей  

Таким образом, необходимо по крайней мере 85 суперконденсаторов параллельно с одинаковым рейтингом. Очевидно, что в этом конкретном приложении батарея будет первым выбором. Но если это приложение превратилось в конкретное приложение, в котором требуется одинаковое количество энергии только в течение 30 секунд, можно выбрать суперконденсатор, так как он может заряжаться очень быстро и может использоваться в течение очень длительного периода времени.

Заключение

Вышеприведенное сравнение проводится только между конкретными батареями (литиевая или свинцовая кислота) с суперконденсаторами. Однако существуют разные батареи с разным химическим составом. С другой стороны, на рынке также имеются различные суперконденсаторы с различным химическим составом, такие как водный электролитический суперконденсатор или суперконденсатор с ионной жидкостью , а также гибридные и органические электролитические суперконденсаторы.Разные композиции имеют разные рабочие характеристики и технические характеристики.

Суперконденсаторы

имеют гораздо больше положительных сторон с точки зрения применения, чем батареи. Но, у этого также есть отрицательные стороны по сравнению с батареями. Таким образом, использование суперконденсаторов очень зависит от типа применения.

,