Superkondenzátory — zařízení, praktické použití, výhody a nevýhody

Co je to superkondenzátor

Superkondenzátory nebo superkondenzátory se podobají běžným elektrolytickým kondenzátorům, i když se od nich liší mnohem vyšší elektrickou kapacitou (extrémně velké kondenzátory). Z hlediska svých vlastností je ionistor kříženec mezi baterií a kondenzátorem. Jeho zařízení lze označit jako kondenzátor s elektrickou dvouvrstvou, ne nadarmo se superkondenzátorům v anglických zdrojích říká EDLC — Electric Double Layer Capacitor.

Takový kondenzátor funguje díky elektrochemickým procesům, které v něm probíhají, a ne pouze díky elektrickému poli uloženému v dielektriku mezi deskami, jako u konvenčního kondenzátoru. Mezi deskami není klasická dielektrická vrstva a samotné desky jsou vyrobeny z látek odlišných v nosičích náboje opačného typu.

Do té míry kapacita kondenzátoru je přímo úměrná ploše jeho desek; pro získání velké kapacity je nutné mít rozsáhlou plochu desek. Z tohoto důvodu jsou elektrody superkondenzátoru obvykle vyrobeny z pěnového uhlíku, což dává velmi významnou plochu «desek».

Elektrody jsou odděleny separátorem a jsou v pevném kyselém nebo alkalickém elektrolytu. Separátor eliminuje zkrat mezi elektrodami. Krystalický elektrolyt rubidia, stříbra a jódu umožňuje vytvářet vysokokapacitní ionistory s nízkým samovybíjením, odolné vůči nízkým teplotám.

Superkondenzátory s nízkým vnitřním odporem se získávají například na bázi roztoku kyseliny sírové, ale provozní napětí takových superkondenzátorů je omezeno na 1 volt, navíc jsou takové roztoky toxické, takže se používají jen zřídka.

Elektrochemická reakce v superkondenzátoru způsobí, že část elektronů opustí elektrody, což elektrody kladně nabije. Záporné ionty jsou přitahovány elektrolytem ke kladně nabitým elektrodám. To tvoří elektrickou vrstvu.

V důsledku toho se náboj superkondenzátoru ukládá na rozhraní mezi uhlíkem a elektrolytem a tloušťka elektrické vrstvy tvořené kationty a anionty je pouze 1-5 nm, což odpovídá velmi malé vzdálenosti mezi deskami kondenzátoru. . To má za následek významnou kapacitu měřenou ve faradech. Superkondenzátor je polární, proto je při zapojení do obvodu nutné dodržet správnou polaritu.

Aplikace superkondenzátorů

Dnes se superkondenzátory často vyskytují v digitální technice jako záložní zdroje pro mikrokontroléry, paměťové obvody, čipy CMOS, elektronické hodiny a další.

Při použití ve spojení s bateriemi mohou superkondenzátory také zvýšit účinnost a umožnit snížení hmotnosti a velikosti baterií, čímž poskytují dodatečný výkon během špičkového zatížení.

Vzhledem k tomu, že jsou v mezipoloze mezi kondenzátory a bateriemi, jsou superkondenzátory použitelné v různých oblastech: skladování energie v regenerativních brzdových systémech, aplikace s nízkou spotřebou energie a aplikace rychlého nabíjení (osvětlení, přehrávač, paměť atd.).

Budoucnost bude pravděpodobně zahrnovat přenosná elektronická zařízení, elektromobily a vše, co dnes běží na baterie, s výhodou, že je lze nabít během několika minut. Superkondenzátory jsou také nepostradatelné, když je v podmínkách krátkodobé spotřeby energie vyžadován velký počet cyklů nabíjení a vybíjení.

Uvádíme pouze některé oblasti úspěšného použití superkondenzátorů dnes:

• větrná energie,
• lékařské vybavení,
• redundantní napájení,
• energetická rezerva,
• regenerace brzdné energie,
• potraviny pro spotřební elektroniku a kuchyňské spotřebiče,
• napájení LED a senzorů,
• záložní paměť,
• udržování napájení elektronických zámků,
• stabilizace napětí.

Výhody a nevýhody

Mezi nevýhody superkondenzátorů patří nízké provozní napětí (až 2,7 V na článek, což vede k nutnosti shromažďovat superkondenzátory v bateriích) a poměrně vysoká cena ve srovnání s bateriemi a kondenzátory.

Pozitivní vlastnosti superkondenzátorů: rychlost nabíjení a vybíjení, zdroj stovek tisíc cyklů, bezúdržbovost, malé rozměry a hmotnost, snadné použití, široký rozsah provozních teplot, dlouhá životnost.

Viz také: Jaký je rozdíl mezi bateriemi a kondenzátory