Introduksjon til superkondensatorer

Med utviklingen av samfunnet og økonomien, betaler folk mer og mer oppmerksomhet til grønn energi og økologisk miljø. Som en ny type energilagringsenhet har superkondensatorer tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet på grunn av deres uerstattelige fordeler. Ingeniører har begynt å erstatte tradisjonelle batterier med superkondensatorer i noen design som krever høyeffekts, høyeffektive løsninger. Defekter i batteriteknologi Nye batterier som Li-ion og NiMH kan gi en pålitelig energilagringsløsning og har vært mye brukt på mange felt. Som vi alle vet lagrer kjemiske batterier elektriske ladninger gjennom elektrokjemiske reaksjoner, noe som resulterer i Faraday ladningsoverføring. De har kort levetid og er sterkt påvirket av temperaturen. Dette er også vanskeligheten for designere av bly-syre-batterier (batterier).

Samtidig kan høy strøm direkte påvirke levetiden til disse batteriene, så for noen applikasjoner som krever lang levetid og høy pålitelighet, viser disse kjemiske reaksjonsbaserte batteriene ulike mangler. Egenskaper og fordeler med superkondensatorer Prinsippet med superkondensatorer er ikke en ny teknologi. De fleste av de vanlige superkondensatorene har en elektrisk dobbeltlagsstruktur. Sammenlignet med elektrolytiske kondensatorer har denne superkondensatoren en veldig høy energitetthet og effekttetthet. Sammenlignet med tradisjonelle kondensatorer og sekundære batterier, har superkondensatorer høyere ladelagringskapasitet enn vanlige kondensatorer, og har egenskapene til rask lading og utlading, høy effektivitet, ingen forurensning til miljøet, lang levetid, bredt driftstemperaturområde og høy sikkerhet. . Foruten å kunne lade og utlade raskt, er en annen nøkkelfunksjon ved superkondensatorer deres lave impedans. Så når en superkondensator er fullstendig utladet, vil den vise en liten motstandskarakteristikk, og hvis det ikke er noen grense, vil den trekke den mulige kildestrømmen.

Derfor må det brukes en konstantstrøm- eller konstantspenningslader. For 10 år siden kunne superkondensatorer bare selges i svært små kvanta hvert år, og prisen var veldig dyr, rundt 1 til 2 amerikanske dollar/farad. Nå har superkondensatorer blitt levert til markedet i store mengder som standardprodukter, og prisen er kraftig redusert, med et snitt på 0,01. ~$0,02/farad. I løpet av de siste årene har superkondensatorer begynt å komme inn på mange bruksområder, som forbrukerelektronikk, industri og transport. Strukturen til superkondensatorer Selv om det er mange superkondensatorprodusenter i verden, som kan tilby mange typer superkondensatorprodukter, er de fleste produktene basert på en lignende elektrisk dobbeltlagsstruktur. Strukturen til superkondensatorer er lik den til elektrolytiske kondensatorer. Veldig lik, hovedforskjellen deres er elektrodematerialet. Elektrodene til de tidlige superkondensatorene var laget av karbon. Karbonelektrodematerialet har et stort overflateareal, og kapasitansen avhenger av avstanden mellom overflatearealet og elektrodene. Det kan være veldig stort, de fleste superkondensatorer kan være på farad-nivå, og det generelle kapasitansområdet er 1 ~ 5000F. Bruk av superkondensatorer Superkondensatorer har et bredt spekter av bruksområder. Kombinert med stoffer med høy energitetthet som brenselceller, kan superkondensatorer gi rask energifrigjøring for å møte høye kraftbehov, slik at brenselceller kun kan brukes som energikilde. For tiden kan energitettheten til superkondensatorer være så høy som 20kW/kg, noe som har begynt å gripe denne delen av markedet mellom tradisjonelle kondensatorer og batterier.

I de applikasjonene som krever høy pålitelighet, men lave energikrav, kan superkondensatorer brukes til å erstatte batterier, eller superkondensatorer og batterier kan kombineres for applikasjoner med høye energikrav, slik at mindre størrelse kan brukes. , mer økonomiske batterier. Superkondensatorer har svært lave ESR-verdier, noe som gjør at de kan hente store strømmer og senke store strømmer raskt. Sammenlignet med det kjemiske ladeprinsippet, gjør arbeidsprinsippet til superkondensatorer ytelsen til dette produktet mer stabil, og derfor er levetiden til superkondensatorer lengre. Superkondensatorer er en ideell strømkilde for enheter som krever rask lading, for eksempel elektroverktøy og leker. Noen produkter er egnet for et hybridbatteri/superkondensatorsystem. Bruk av superkondensatorer kan unngå bruk av store batterier for å få mer energi. Et eksempel er digitale kameraer innen forbrukerelektronikk, hvor bruk av superkondensatorer gjør at digitale kameraer kan bruke billige alkaliske batterier (fremfor dyre Li-ion-batterier). Det nominelle spenningsområdet til superkondensatorceller (celler) er 2,5 til 2,7V, så mange applikasjoner krever bruk av flere superkondensatorceller. Når disse cellene kobles i serie, må designingeniøren vurdere balansen og ladingen mellom cellene. Enhver superkondensator vil utlades gjennom den interne parallellmotstanden når den aktiveres. Denne utladningsstrømmen kalles lekkasjestrøm, som vil påvirke selvutladingen til superkondensatorenheten.

I likhet med noen sekundære batteriteknologier, må spenningene til superkondensatorer balanseres når de brukes i serie fordi det er lekkasjestrøm og størrelsen på den interne shuntmotstanden vil bestemme spenningsfordelingen over de seriekoblede superkondensatorcellene. Når spenningen på superkondensatoren stabiliserer seg, vil spenningen på hver enhet endres med lekkasjestrømmen, ikke med kapasitansverdien. Jo større lekkasjestrøm, jo ​​mindre nominell spenning, tvert imot, jo mindre lekkasjestrøm, jo ​​høyere nominell spenning. Dette er fordi lekkasjestrømmen får superkondensatorcellen til å utlades, og senker spenningen, som igjen påvirker spenningen til andre celler i serie med den (forutsatt at disse cellene i serie drives av den samme konstante spenningen). For å kompensere for variasjonen i lekkasjestrømmen er en vanlig metode å koble en motstand parallelt ved siden av hver enhet for å kontrollere lekkasjestrømmen til hele enheten. Denne metoden reduserer effektivt variasjonen av den tilsvarende parallelle motstanden mellom enhetene.

En annen anbefalt metode er aktiv cellebalansering, der hver celle aktivt overvåkes og balanseres mot hverandre når det er en spenningsendring. Denne tilnærmingen reduserer eventuell ekstra belastning på enheten, noe som gjør arbeidet mer effektivt. Hvis spenningen overstiger enhetens merkespenning, vil enhetens levetid forkortes. For superkondensatorer med høy pålitelighet er hvordan man opprettholder spenningen innenfor det nødvendige området et nøkkelpunkt, og ladespenningen må kontrolleres for å sikre at den ikke overskrider merkespenningen til hver celle.