Pengenalan kepada Supercapacitors

Dengan pembangunan masyarakat dan ekonomi, orang ramai memberi lebih banyak perhatian kepada tenaga hijau dan persekitaran ekologi. Sebagai jenis peranti storan tenaga baharu, supercapacitors telah menarik lebih banyak perhatian kerana kelebihannya yang tidak boleh ditukar ganti. Jurutera telah mula menggantikan bateri tradisional dengan supercapacitors dalam beberapa reka bentuk yang memerlukan penyelesaian berkuasa tinggi dan berkecekapan tinggi. Kecacatan dalam teknologi bateri Bateri baharu seperti Li-ion dan NiMH boleh menyediakan penyelesaian penyimpanan tenaga yang boleh dipercayai dan telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang. Seperti yang kita sedia maklum, bateri kimia menyimpan cas elektrik melalui tindak balas elektrokimia, mengakibatkan pemindahan cas Faraday. Mereka mempunyai hayat perkhidmatan yang pendek dan sangat dipengaruhi oleh suhu. Ini juga kesukaran yang dihadapi oleh pereka bateri asid plumbum (bateri).

Pada masa yang sama, arus tinggi secara langsung boleh menjejaskan hayat bateri ini, jadi bagi sesetengah aplikasi yang memerlukan hayat panjang dan kebolehpercayaan yang tinggi, bateri berasaskan tindak balas kimia ini menunjukkan pelbagai kekurangan. Ciri-ciri dan kelebihan supercapacitors Prinsip supercapacitors bukanlah teknologi baru. Kebanyakan superkapasitor biasa mempunyai struktur lapisan dua elektrik. Berbanding dengan kapasitor elektrolitik, supercapacitor ini mempunyai ketumpatan tenaga dan ketumpatan kuasa yang sangat tinggi. Berbanding dengan kapasitor tradisional dan bateri sekunder, superkapasitor mempunyai kapasiti penyimpanan cas yang lebih tinggi daripada kapasitor biasa, dan mempunyai ciri-ciri kelajuan pengecasan dan pelepasan yang cepat, kecekapan tinggi, tiada pencemaran kepada alam sekitar, hayat kitaran yang panjang, julat suhu operasi yang luas, dan keselamatan yang tinggi. . Selain dapat mengecas dan menyahcas dengan cepat, satu lagi ciri utama supercapacitors ialah impedansnya yang rendah. Jadi, apabila supercapacitor dinyahcas sepenuhnya, ia akan mempamerkan ciri rintangan yang kecil, dan jika tiada had, ia akan menarik arus sumber yang mungkin.

Oleh itu, pengecas arus malar atau voltan malar mesti digunakan. 10 tahun yang lalu, supercapacitors hanya boleh dijual dalam kuantiti yang sangat kecil setiap tahun, dan harganya sangat mahal, kira-kira 1 hingga 2 dolar AS/farad. Kini, superkapasitor telah dibekalkan ke pasaran dalam kuantiti yang banyak sebagai produk standard, dan harganya telah dikurangkan dengan banyak, dengan purata 0.01. ~$0.02/farad. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, superkapasitor telah mula memasuki banyak bidang aplikasi, seperti elektronik pengguna, industri dan pengangkutan. Struktur supercapacitors Walaupun terdapat banyak pengeluar supercapacitor di dunia, yang boleh menyediakan pelbagai jenis produk supercapacitor, kebanyakan produk adalah berdasarkan struktur dua lapisan elektrik yang serupa. Struktur superkapasitor adalah serupa dengan kapasitor elektrolitik. Sangat serupa, perbezaan utama mereka ialah bahan elektrod. Elektrod superkapasitor awal diperbuat daripada karbon. Bahan elektrod karbon mempunyai luas permukaan yang besar, dan kapasitansi bergantung pada jarak antara kawasan permukaan dan elektrod. Ia boleh menjadi sangat besar, kebanyakan supercapacitors boleh menjadi tahap farad, dan julat kemuatan am ialah 1 ~ 5000F. Menggunakan Supercapacitors Supercapacitors mempunyai pelbagai kegunaan. Digabungkan dengan bahan berketumpatan tenaga tinggi seperti sel bahan api, superkapasitor boleh memberikan pelepasan tenaga yang pantas untuk memenuhi permintaan kuasa tinggi, membenarkan sel bahan api hanya digunakan sebagai sumber tenaga. Pada masa ini, ketumpatan tenaga supercapacitors boleh setinggi 20kW/kg, yang telah mula merebut bahagian pasaran ini antara kapasitor tradisional dan bateri.

Dalam aplikasi yang memerlukan kebolehpercayaan yang tinggi tetapi keperluan tenaga yang rendah, superkapasitor boleh digunakan untuk menggantikan bateri, atau superkapasitor dan bateri boleh digabungkan untuk aplikasi dengan keperluan tenaga yang tinggi, supaya saiz yang lebih kecil boleh digunakan. , bateri lebih jimat. Superkapasitor mempunyai nilai ESR yang sangat rendah, membolehkan mereka menghasilkan arus besar dan menenggelamkan arus besar dengan cepat. Berbanding dengan prinsip pengecasan kimia, prinsip kerja supercapacitors menjadikan prestasi produk ini lebih stabil, dan oleh itu, hayat perkhidmatan supercapacitors lebih lama. Supercapacitors ialah sumber kuasa yang sesuai untuk peranti yang memerlukan pengecasan pantas, seperti alatan kuasa dan mainan. Sesetengah produk sesuai untuk sistem bateri/superkapasitor hibrid. Penggunaan supercapacitors dapat mengelakkan penggunaan bateri yang besar untuk mendapatkan lebih banyak tenaga. Contohnya ialah kamera digital dalam elektronik pengguna, di mana penggunaan supercapacitors membolehkan kamera digital menggunakan bateri alkali yang murah (daripada bateri Li-ion yang mahal). Julat voltan terkadar sel superkapasitor (sel) ialah 2.5 hingga 2.7V, jadi banyak aplikasi memerlukan penggunaan berbilang sel supercapacitor. Apabila menyambungkan sel ini secara bersiri, jurutera reka bentuk perlu mempertimbangkan keseimbangan dan pengecasan antara sel. Mana-mana supercapacitor akan menyahcas melalui rintangan selari dalaman apabila ia ditenagakan. Arus nyahcas ini dipanggil arus bocor, yang akan menjejaskan nyahcas sendiri unit supercapacitor.

Sama seperti beberapa teknologi bateri sekunder, voltan superkapasitor perlu diseimbangkan apabila digunakan secara bersiri kerana terdapat arus bocor dan saiz rintangan shunt dalaman akan menentukan pengagihan voltan merentasi sel superkapasitor bersambung siri. Apabila voltan pada supercapacitor stabil, voltan pada setiap unit akan berubah dengan arus bocor, bukan dengan nilai kemuatan. Lebih besar arus bocor, lebih kecil voltan undian, sebaliknya, lebih kecil arus bocor, lebih tinggi voltan undian. Ini kerana arus bocor menyebabkan sel supercapacitor menyahcas, merendahkan voltan, yang seterusnya menjejaskan voltan sel lain secara bersiri dengannya (dengan andaian sel bersiri ini dikuasakan oleh voltan malar yang sama). Untuk mengimbangi variasi arus bocor, kaedah biasa ialah menyambungkan perintang secara selari di sebelah setiap unit untuk mengawal arus bocor keseluruhan unit. Kaedah ini berkesan mengurangkan variasi rintangan selari yang sepadan antara unit.

Kaedah lain yang disyorkan ialah pengimbangan sel aktif, di mana setiap sel dipantau secara aktif dan seimbang antara satu sama lain apabila terdapat perubahan voltan. Pendekatan ini mengurangkan sebarang beban tambahan pada unit, menjadikan kerja lebih cekap. Jika voltan melebihi voltan undian unit, hayat unit akan dipendekkan. Untuk superkapasitor kebolehpercayaan tinggi, cara mengekalkan voltan dalam julat yang diperlukan adalah perkara utama, dan voltan pengecasan mesti dikawal untuk memastikan ia tidak melebihi voltan terkadar setiap sel.