Siêu tụ điện thay cho pin: thiết bị, so sánh tính năng, lợi ích của việc sử dụng, đánh giá

2024 Tác giả: Erin Ralphs | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-19 20:00

Ý tưởng về một điện dung riêng cao được khám phá vào những năm 1960, nhưng ngày nay có một làn sóng mới gia tăng sự quan tâm đến công nghệ này, do sự kết hợp độc đáo của các đặc tính hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Ngày nay, trên cơ sở công nghệ này, người ta đã tạo ra nhiều sửa đổi khác nhau của siêu tụ điện và siêu tụ điện, có thể coi đây là một loại pin năng lượng đầy đủ. Các khái niệm về siêu tụ điện được hiển thị bên dưới cho thấy sự cạnh tranh trong tương lai của chúng với các bộ pin (pin) thông thường không quá tuyệt vời.

Siêu tụ điện là gì?

Về bản chất, đây là một loại pin điện hóa được tối ưu hóa, được chế tạo dưới dạng một tụ điện nhỏ gọn. Ngay cả khi so sánh ngắn gọn thiết bị với một thiết bị điển hìnhpin cho ô tô, bạn có thể nêu rõ sự khác biệt rõ ràng về kích thước, và trên thực tế, lợi ích cũng sẽ hiện rõ dưới dạng tuổi thọ và công suất lâu hơn. Nói cách khác, siêu tụ điện có thể được sử dụng thay vì pin, mặc dù có một số bảo lưu do hạn chế về khả năng tích lũy năng lượng. Những sắc thái như vậy vẫn diễn ra do sự phát triển công nghệ của các nhà phát triển không hoàn hảo, tuy nhiên, tình hình đang thay đổi dưới áp lực của thị trường với yêu cầu ngày càng tăng của nó đối với pin.

Thiết kế và mẫu mã sản phẩm

Cơ sở của tụ điện này được hình thành bởi hai điện cực, giữa đó môi trường điện phân được đặt theo truyền thống. Có thể nhận thấy sự khác biệt so với pin trong cấu trúc của vật liệu sản xuất điện cực, các tấm của chúng được phủ một lớp than hoạt tính xốp. Đối với chất điện phân, hỗn hợp hữu cơ và vô cơ có thể được sử dụng trong khả năng này. Về mặt cấu trúc, giải pháp kỹ thuật cách điện trong cấu trúc của siêu tụ điện cũng rất nổi bật. Thay vì các tấm pin bằng nhôm có lớp điện môi, người ta sử dụng các thành phần có tính chất ion và độ dẫn điện tử tối ưu. Nếu chúng ta tiếp tục quan niệm về khả năng sử dụng siêu tụ điện làm pin, thì cacbon xốp cũng có thể hoạt động như một chất dẫn điện tử và dung dịch axit sunfuric có thể hoạt động như một chất dẫn ion. Bằng cách này, một lớp phân cách điện tích tối ưu giữa các điện cực có thể được tạo ra mà không cần thêm các chất cách điện cồng kềnh.

Các loại siêu tụ điện

Đã có ngày hôm nay, có một số hướng phát triển của ionistors. Đáng chú ý và hứa hẹn nhất là các loại thiết bị sau:

• Tụ điện hai lớp. Mô hình tiêu chuẩn, sử dụng các điện cực nêu trên được làm bằng vật liệu dẫn điện và một bộ phân tách đặc biệt được sử dụng làm chất điện phân. Sự tích tụ của thế năng xảy ra do sự phân tách điện tích trên các điện cực.
• Tụ điện giả. Pin sạc được làm từ loại siêu tụ điện này có thể là một giải pháp rất thành công, vì nó cung cấp nhiều cách tiên tiến hơn để lưu trữ năng lượng. Đầu tiên, nguyên lý hoạt động của cơ chế Faraday liên quan đến quá trình tích tụ năng lượng trong pin thông thường được kích hoạt. Và thứ hai, sơ đồ cơ bản của tương tác tĩnh điện giữa các điện cực trong lớp điện kép cũng được bảo toàn.
• Tụ lai. Một khái niệm trung gian kết hợp các tính năng tích cực riêng lẻ của pin và tụ điện. Các thiết bị như vậy thường sử dụng sự kết hợp của các điện cực được làm từ hỗn hợp oxit và polyme pha tạp. Sự phát triển hơn nữa của hướng này gắn liền với việc sử dụng các vật liệu composite có bổ sung chất mang cacbon và polyme dẫn điện.

Tính năng chính

Ngày nay, rất khó để nói về các chỉ số hoạt động đã được thiết lập tốt của các vận động viên, bởi vìcông nghệ liên tục được cải tiến và được điều chỉnh để cải tiến các nguồn dòng điện hóa. Nhưng nếu chúng ta lấy dữ liệu trung bình về các đặc điểm chính của siêu tụ điện, thì các chỉ số cụ thể sẽ như sau:

• Thời gian sạc - 1 đến 10 giây
• Số chu kỳ sạc khoảng 1 triệu, tương ứng với 30.000 giờ.
• Điện áp trong ô khối - nằm trong khoảng từ 2,3 đến 2,75 V.
• Cường độ năng lượng - giá trị tiêu chuẩn 5 Wh / kg.
• Công suất - khoảng 10.000 W / kg.
• Độ bền - lên đến 15 năm.
• Nhiệt độ hoạt động -40 ° C đến 65 ° C.

So sánh với pin thông thường

Các thông số phân biệt chính là tốc độ tích lũy năng lượng và mức độ trở lại của điện tích. Do sử dụng một lớp điện thế kép gần siêu tụ điện có kích thước tương tự nhau nên diện tích bề mặt làm việc của các điện cực tăng lên. Đó là, chúng ta có thể nói về việc kết hợp các đặc tính tốt nhất của pin và tụ điện như vậy. Nếu chúng ta so sánh sự phân bố các dòng điện của pin và siêu tụ điện với tải, thì sự đồng nhất của các khối lượng của dòng điện tiêu thụ nói chung sẽ giống hệt nhau, nhưng có hai cách điều chỉnh. Trong quá trình hoạt động của pin, có thể dịch chuyển dòng điện lớn nhất về phía phần tử nằm ở phần dưới của khối, và trong trường hợp của ionistors, về nguyên tắc, điện thế sẽ ít hơn do điện áp thấp. Ngoài ra, sự khác biệt đáng kể bao gồm sự khác biệt về tài nguyên làm việc - siêu tụ điện phục vụ lâu hơn khoảng 25-30% trong thời gian, chưa kểtỷ lệ chu kỳ nhiệm vụ khả thi cao hơn.

Ưu điểm của việc vận hành siêu tụ điện

Nếu chúng ta nói chung xem xét những tác động tích cực của việc sử dụng siêu tụ điện thay vì pin, thì những phẩm chất sau sẽ được đề cao:

• Mật độ năng lượng cao của siêu tụ điện cho phép chúng được sử dụng trong các thiết bị điện tử như một nguồn năng lượng ngắn hạn.
• An toàn với môi trường. Tất nhiên, các thành phần điện hóa vẫn được giữ lại trong thiết kế, nhưng tác động độc hại của chúng không ngừng giảm xuống.
• Khả năng sử dụng năng lượng từ các nguồn tái tạo - gió, mặt trời, nước và đất.
• Mở rộng cơ hội để tích hợp cấu trúc của pin - ví dụ: để bảo trì các nhà máy điện phức hợp, máy điện hybrid, xe chạy bằng nhiên liệu hydro, v.v.

Cần lưu ý một số ưu điểm của siêu tụ điện so với tụ điện thông thường. Có rất ít trong số chúng, nhưng về cơ bản, một dung lượng lớn để lưu trữ năng lượng là rất quan trọng. Theo chỉ số này, không phải tất cả các sửa đổi của ionist đều có thể cạnh tranh với pin, tuy nhiên, nếu so sánh với tụ điện trong thông số công suất điện, họ tự tin giành chiến thắng.

Đánh giá tích cực về siêu tụ điện

Thử nghiệm và ứng dụng một phần siêu tụ điện ngày nay diễn ra trong nhiều ngành công nghiệp. Khi các đánh giá về hoạt động của các thiết bị này cho thấy, chúng xác nhận tuyên bố của các nhà sản xuất về độ caođộ tin cậy, an toàn môi trường và công suất cao. Điều đặc biệt quan trọng là từ quan điểm so sánh siêu tụ điện và pin, trước đây không đòi hỏi phải tạo ra các điều kiện đặc biệt trong quá trình xử lý vật lý. Điều này một phần là do các thành phần có độc tính thấp như nhau, nhưng ở mức độ lớn hơn, tính công thái học của hoạt động là do mức độ bảo vệ cao của vỏ máy. Nghĩa là, người sử dụng không cần cung cấp các thiết bị đặc biệt để bảo dưỡng siêu tụ điện trong điều kiện kín. Trọng lượng thấp và kích thước tối ưu cũng giúp dễ dàng thực hiện các hoạt động bảo trì định kỳ.

Đánh giá tiêu cực về siêu tụ điện

Tụ điện loại này cũng có những điểm yếu, chúng cũng được thể hiện rõ ràng trong thực tế. Đặc biệt, người dùng chỉ ra mật độ năng lượng thấp, hiệu suất thấp và không phải lúc nào cũng đủ mức điện áp, điều này khiến họ cần sử dụng nhiều phần tử để phục vụ một đơn vị tiêu dùng mục tiêu. Theo nhiều cách, những thiếu sót này ngăn cản việc sử dụng siêu tụ điện thay vì pin ngày nay, mặc dù vậy, một lần nữa, sự phát triển công nghệ có nhiều khả năng giải quyết những vấn đề này hơn.

Triển vọng cho sự phát triển của tụ điện

Theo các chuyên gia và nhà phát triển pin, trong tương lai gần, tụ điện thế hệ mới sẽ được sử dụng ở khắp mọi nơi. Điều này sẽ trở nên khả thi do công suất cụ thể của các thiết bị tăng lên. Nó đáng giábổ sung và cải thiện các đặc tính kỹ thuật và cấu trúc của siêu tụ điện, chủ yếu liên quan đến kích thước và trọng lượng. Đồng thời, các thử nghiệm về ionistors có công suất lên đến 2,5 mW đã được tổ chức vào ngày hôm nay. Trong tương lai, những hệ thống như vậy có thể được sử dụng trong việc bảo trì mạng lưới giao thông, cơ sở công nghiệp và khu dân cư.

Kết

Khái niệm siêu tụ điện được coi là giải pháp tối ưu trong các trường hợp cần cung cấp điện trong thời gian ngắn với điện tích. Một phần, điều này mâu thuẫn với ý tưởng về pin điện hóa, vốn tập trung vào việc duy trì nguồn điện trong thời gian dài với các thông số nhất định. Nhưng liệu có thể sử dụng siêu tụ điện thay cho pin trên ô tô, với tính năng hoạt động này không? Với khả năng cao, những lo ngại về ô tô tiên tiến sẽ sử dụng tụ điện dung lượng cao, nhưng chỉ trong các phiên bản hybrid đặc biệt kết hợp các phẩm chất tích cực của siêu tụ điện như vậy và các thành phần điện hóa truyền thống. Ví dụ, ngày nay các dung dịch như vậy được sử dụng dưới dạng kết hợp giữa cấu trúc axit-chì điện hóa và siêu tụ điện.