- Fordele ved super-kondensator eller ultra-kondensator
- Energier i kondensator
- Konstruktion af
- Supercapacitor Array konstruktion
- Eksempel
Kondensatoren er en to-terminal passiv komponent, der er meget brugt i elektronik. Næsten hvert kredsløb, vi finder i elektronik, bruger en eller flere kondensatorer til forskellige anvendelser. Kondensatorer er den mest anvendte elektronikkomponent efter modstande. De har en særlig evne til at lagre energi. Der findes forskellige typer kondensatorer på markedet, men en, der for nylig bliver populær og lover en udskiftning eller et alternativ til batterier i fremtiden, er superkondensatorer eller også kendt som ultrakondensatorer. En superkondensator er intet andet end en kondensator med høj kapacitet med kapacitansværdier, der er meget højere end normale kondensatorer, men med lavere spændingsgrænser. De kan gemme 10 til 100 gange mere energi pr. Enhed volumen eller masse end elektrolytiske kondensatorer, kan modtage og levere opladning meget hurtigere end batterier og tåler flere opladningscyklusser end genopladelige batterier.
Supercapacitors eller Ultracapacitors er en ny energilagringsteknologi, der er udviklet stærkt i moderne tid. Superkondensatorer giver betydelige industrielle og økonomiske fordele
Kondensatorens kapacitans måles i Farad (F), ligesom.1uF (microfarad), 1mF (millifarad). Imidlertid, mens kondensatorer med lavere værdi er ret almindelige inden for elektronik, er der også meget høje værdikondensatorer til rådighed, som lagrer energi i meget mere høj densitet og tilgængelig i meget høj kapacitetsværdi, sandsynligvis varieret i Farad.
I ovenstående billede vises et lokalt tilgængeligt 2,7V, 1Farad superkondensatorbillede. Spændingen er meget lavere, men kapacitansen for ovenstående kondensator er ret høj.
Fordele ved super-kondensator eller ultra-kondensator
Efterspørgslen fra superkapacitorer stiger dag for dag. Hovedårsagen til den hurtige udvikling og efterspørgsel skyldes mange andre fordele ved Supercapacitors, få af dem er angivet nedenfor:
- Det giver en meget god levetid på ca. 1 million opladningscyklusser.
- Driftstemperaturen er næsten -50 til 70 grader, hvilket gør den velegnet til brug i forbrugere.
- En høj effekttæthed op til 50 gange, hvilket opnås med batterier.
- Skadelige materialer, giftige metaller er ikke den del af fremstillingen af superkondensatorer eller ultrakapacitorer, der gør det certificeret som engangskomponent.
- Det er mere effektivt end batterier.
- Kræver ingen vedligeholdelse sammenlignet med batterier.
Superkondensatorer lagrer energi i sit elektriske felt, men i tilfælde af batterier bruger de kemiske forbindelser til at lagre energi. På grund af dets evne til hurtig opladning og afladning kommer superkondensatorerne langsomt ind på batterimarkedet. Lav intern modstand med meget høj effektivitet, ingen vedligeholdelsesomkostninger, højere levetid er hovedårsagen til dens høje efterspørgsel på det moderne strømkilderelaterede marked.
Energier i kondensator
En kondensator store energier i form af Q = C × V. Q står for Charge in Coulombs, C for capacitance in Farads og V for voltage in volt. Så hvis vi øger kapacitansen, vil den lagrede energi Q også øges.
Enheden for kapacitans er Farad (F), der er opkaldt efter M. Faraday. Farad er kapacitansenheden med hensyn til coulomb / volt. Hvis vi siger en kondensator med 1 Farad, så skaber den en 1-volts potentialforskel mellem dens plader afhængigt af 1-coulomb-opladningen.
1 Farad er en meget stor værdi kondensator til brug som en generel elektronisk komponent. I elektronik anvendes generelt microfarad til Pico farad kapacitans. Mikrofarad er benævnt uF (1 / 1.000.000 Farad eller 10 -6 F), nano farad som nF (1 / 1,000,000,000 eller 10 -9 F) og Pico farad som pF (1 / 1.000.000.000.000 OR10 -12 F)
Hvis værdien bliver meget højere, som mF for få Farads (generelt <10F), betyder det, at kondensatoren kan holde meget mere energi mellem sine plader, kaldes kondensatoren som Ultra kondensator eller Supercapacitor.
Energierne lagret i en kondensator er E = ½ CV 2 Joule. E er den lagrede energi i joule, C er kapacitansen i Farad, og V er den potentielle forskel mellem pladerne.
Konstruktion af
Superkapacitor er en elektrokemisk enhed. Interessant nok er der ingen kemiske reaktioner, der er ansvarlige for at opbevare dens elektriske energier.De har en unik konstruktion med en stor ledende plade eller elektrode, som er tæt placeret med et meget lille overfladeareal. Dens konstruktion er den samme som en elektrolytisk kondensator med en flydende eller våd elektrolyt mellem elektroderne. Du kan lære om forskellige typer kondensatorer her.
Superkapacitor fungerer som en elektrostatisk enhed, der lagrer sin elektriske energi som det elektriske felt mellem de ledende elektroder.
Elektroderne, rød og blå, er belagt med dobbeltsidet. De er generelt lavet af grafitkulstof i form af carbon-nanorør eller geler eller en særlig type ledende aktiverede carbonatomer.
For at blokere den store elektronstrøm mellem elektroderne og passere den positive ion anvendes en porøs papirmembran. Papirmembranen adskiller også elektroderne. Som vi kan se i ovenstående billede, er den porøse papirmembran placeret i midten, som er grøn i farven. Elektroderne og papirseparatoren er imprægneret med den flydende elektrolyt. Aluminiumsfolien bruges som en strømopsamler, der etablerer den elektriske forbindelse.
Adskillelsespladen og arealet af pladerne er ansvarlige for kondensatorens kapacitansværdi. Forholdet kan betegnes som
Hvor Ɛ er materialets permittivitet mellem pladerne
A er arealet af pladen
D er adskillelsen mellem plader
Så i tilfælde af superkondensator er det nødvendigt at øge kontaktoverfladen, men der er en begrænsning. Vi kan ikke øge kondensatorens fysiske form eller størrelse. For at overvinde denne begrænsning anvendes speciel type elektrolytter til at øge ledningsevnen mellem pladerne, hvilket øger kapacitansen.
Superkondensatorerne kaldes også som dobbeltlagskondensator. Der er en grund bag det. Meget lille adskillelse og stort overfladeareal ved hjælp af speciel elektrolyt, overfladelaget af elektrolytiske ioner danner et dobbeltlag. Det skaber to kondensatorkonstruktioner, en ved hver kulstofelektrode og kaldes en dobbeltlagskondensator.
Disse konstruktioner har en ulempe. Spændingen over kondensatoren blev meget lav på grund af nedbrydningsspændingen i elektrolytten. Spændingen er meget afhængig af elektrolytmaterialet, materialet kan begrænse kondensatorens lagringskapacitet for elektrisk energi. Så på grund af den lave terminalspænding kan en superkondensator tilsluttes i serie for at lagre elektrisk opladning på et nyttigt spændingsniveau. På grund af dette producerer supecapacitor i serie højere spænding end normalt og parallelt blev kapacitansen større. Det kan tydeligt forstås ved nedenstående Supercapacitor Array Construction-teknik.
Supercapacitor Array konstruktion
For at opbevare opladning ved en brugbar krævet spænding skal superkondensatorer tilsluttes i serie. Og for at øge kapacitansen skal de forbindes parallelt.
Lad os se arraykonstruktionen af Supercapacitor.
I ovenstående billede betegnes cellespændingen for en enkelt celle eller kondensator som Cv, hvorimod kapacitansen for en enkelt celle betegnes som Cc. Spændingsområdet for en superkondensator er fra 1V til 3V, serieforbindelserne øger spændingen, og flere kondensatorer parallelt øger kapacitansen.
Hvis vi opretter arrayet, vil spændingen i serie være
Samlet spænding = Cellespænding (Cv) x Antal rækker
Og kapacitansen parallelt vil være
Total kapacitans = Cellekapacitans (Cc) x (Antal kolonner / antal rækker)
Eksempel
Vi er nødt til at oprette en backup-lagerenhed, og til det kræves en 2,5F super eller superkondensator med 6V-klassificeringen.
Hvis vi har brug for at oprette arrayet ved hjælp af 1F-kondensatorer med 3V-klassificering, hvad er så arraystørrelsen og kondensatormængderne?
Samlet spænding = Cellespænding x Række nummer Derefter Række nummer = 6/3 Række nummer = 2
Betyder to kondensatorer i serie vil have en 6V potentialeforskel.
Nu kapacitansen, Total kapacitans = Cellekapacitans x (Kolonnetal / række nummer) Derefter Coloumn-nummer = (2,5 x 2) / 1
Så vi har brug for 2 rækker og 5 kolonner.
Lad os konstruere arrayet,
Den samlede energi, der er gemt i arrayet, er
Superkondensatorer er gode til lagring af energi, og hvor hurtig opladning eller afladning er nødvendig. Det bruges i vid udstrækning som backup-enheder, hvor der er behov for backup-strømforsyning eller hurtig afladning. De bruges yderligere i printere, biler og forskellige drikkevarer.