Суперконденсатори існують з 1950-х років, але лише в останні роки їх потенціал став ясним. Давайте подивимося на ці комп’ютерні компоненти, які накопичують енергію, як батареї, але використовують зовсім інші принципи.
Що таке конденсатор?
Перш ніж ми перейдемо до суперконденсаторів, варто швидко пояснити, що таке звичайний конденсатор , щоб допомогти продемонструвати, що робить суперконденсатори особливими. Якщо ви коли-небудь дивилися на материнську плату комп’ютера або майже будь-яку друковану плату, ви бачили ці електронні компоненти.
Конденсатор зберігає електрику як статичне електричне поле . Це те саме, що відбувається, коли ви йдете по килиму з шкарпеток і накопичуєте електричний заряд, але розряджаєте його, коли торкаєтеся дверної ручки. Ти поводився як конденсатор!
Усередині типового конденсатора ви знайдете два провідники, розділені ізоляційним матеріалом. На одному провіднику накопичується позитивний заряд, а на іншому – негативний. Таким чином, між двома пластинами існує електростатичне поле. Існує багато різних способів розробки конденсатора, але всі вони мають основні компоненти з двох зарядних пластин і ізолятора (діелектрика). Утеплювачем може бути повітряний, керамічний, скляний, поліетиленова плівка. рідина або щось інше, що погано проводить електрику.
Конденсатори мають багато застосувань в електроніці. У комп’ютерах та інших цифрових системах вони гарантують, що інформація не буде втрачена в разі миттєвої втрати живлення. Вони також діють як фільтри для очищення електричних стрибків, які можуть пошкодити чутливу електроніку.
Цікаво: Інструкція по перевірці стану акумулятора смартфонів Xiaomi.
Чим відрізняються конденсатори та батареї
Конденсатори та батареї подібні тим, що вони можуть накопичувати електричну енергію і вивільняти її, коли це необхідно. Велика відмінність полягає в тому, що конденсатори зберігають енергію як електростатичне поле, тоді як батареї використовують хімічну реакцію для зберігання, а потім вивільнення енергії.
Усередині батареї є дві клеми (анод і катод), між якими знаходиться електроліт. Електроліт — це речовина (зазвичай рідина), що містить іони. Іони - це атоми або молекули з електричним зарядом.
Усередині електроліту також є сепаратор, який пропускає тільки іони. Коли ви заряджаєте акумулятор, іони переміщуються з одного боку сепаратора на інший. Коли ви розряджаєте акумулятор, відбувається навпаки. Рух іонів хімічно накопичує електрику або перетворює цю накопичену хімічну енергію назад в електричний струм.
Цікаво: Названо способи, які збережуть нормальне функціонування акумулятора Вашого смартфона.
Конденсатор проти суперконденсатора
Суперконденсатори також відомі як ультраконденсатори або двошарові конденсатори . Основна відмінність суперконденсаторів від звичайних конденсаторів - ємність. Це просто означає, що суперконденсатори можуть зберігати набагато більше електричне поле, ніж звичайні конденсатори.
На цій діаграмі ви можете побачити ще одну велику різницю, коли справа доходить до суперконденсаторів. Як і акумулятор (і на відміну від традиційного конденсатора), суперконденсатор має електроліт. Це означає, що він використовує електростатичні та електрохімічні принципи зберігання для підтримки електричного заряду.
Це надмірне спрощення, і для пояснення дійсно технічних аспектів цього знадобиться набагато більше часу. Найважливіше, що потрібно знати про суперконденсатори, — це те, що вони мають ті ж загальні характеристики, що й конденсатори, але можуть забезпечити багаторазове зберігання енергії та доставку енергії, ніж класичний дизайн.
Цікаво: Відомо, що більше виснажує акумулятор смартфона – Wi-Fi чи 4G.
Плюси і мінуси суперконденсаторів
Суперконденсатори мають багато переваг перед, наприклад, літій-іонними батареями. Суперконденсатори можуть заряджатися набагато швидше, ніж батареї. Електрохімічний процес створює тепло, і тому заряджання має відбуватися з безпечною швидкістю , щоб уникнути катастрофічного виходу акумулятора з ладу. З тієї ж причини суперконденсатори можуть доставляти накопичену енергію набагато швидше, ніж електрохімічні акумулятори. Якщо акумулятор розряджається занадто швидко, це також може призвести до катастрофічних поломок.
Суперконденсатори також набагато довговічніші, ніж батареї, зокрема літій-іонні. У той час як акумулятори, які ви знайдете в телефонах, ноутбуках та електромобілях, починають зношуватися після кількох сотень циклів зарядки, суперконденсатори можна заряджати та спорожняти більше мільйона разів без погіршення якості. Те ж саме стосується подачі напруги. Акумулятор на 12 В може видавати лише 11,4 В через кілька років, але суперконденсатор буде видавати таку ж напругу після більш ніж десяти років використання.
Найбільшим недоліком у порівнянні з літій-іонними акумуляторами є те, що суперконденсатори не можуть розряджати накопичену енергію так повільно, як літій-іонні акумулятори, що робить їх непридатними для застосувань, де пристрою потрібно тривалий час працювати без зарядки.
Отже, за станом справ на момент написання статті, суперконденсатори не є негайною заміною літій-іонних батарей чи інших технологій батареї, але зростає кількість завдань, для яких ідеально підходять суперконденсатори.
Цікаво: Відомо, як користуватися смартфоном, щоб його акумулятор не швидко псувався.
Суперконденсаторні вироби
Ви, напевно, користувалися продуктами, що містять суперконденсатори, і навіть не знали про це. Перші суперконденсатори були створені в 1950-х роках інженером General Electric на ім'я Говард Беккер. У 1978 році NEC ввела назву «суперконденсатор» і використовувала пристрій як форму резервного живлення для пам'яті комп'ютера.
Сьогодні ви знайдете їх на ноутбуках , GPS-пристроях, кишенькових комп’ютерах, спалахах камер та багатьох інших електронних пристроях. Coleman FlashCell використовував суперконденсатор замість батареї. Це означало, що він працював вдвічі менше, ніж традиційна модель з акумулятором, але заряджався за 90 секунд замість годин.
Так само, S-Pen в Samsung Galaxy Note 9 використовував суперконденсатор для живлення бездротових функцій пера. Енергія закінчиться через кілька хвилин інтенсивного використання або через 30 секунд перезарядки, але для її поповнення потрібно всього 40 секунд.
Суперконденсатори також знаходять дім у світі гібридних та електричних транспортних засобів . Вони ідеально підходять для захоплення та вивільнення сили рекуперативного гальмування, що є короткочасним динамічним навантаженням. Транспортні засоби, такі як автобуси громадського транспорту або трамваї, також підходять для суперконденсаторів. Їм просто потрібно достатньо енергії, щоб дістатися до наступної зупинки, де вони знову зарядляться за секунди або хвилини. Оскільки суперконденсатори насправді не зношуються, цей громадський транспорт із фіксованим циклом має великий сенс для технології.
Цікаво: Відомо, як безпечно утилізувати батарейки та акумулятори.
Чи суперконденсатори – майбутнє накопичувача енергії?
Оскільки дослідження суперконденсаторів тривають, здається ймовірним, що одного дня у нас з’являться суперконденсаторні батареї. Це були б пристрої, які мали б довговічність і швидкість роботи суперконденсаторів, але з щільністю енергії та тривалим часом роботи батарей. У 2016 році вчені з Університету Центральної Флориди створили прототип гнучкого суперконденсатора з вищою щільністю енергії, ніж у сучасних суперконденсаторів, і циклом заряду 30 000 без деградації.
Нові нанорозмірні матеріали та експерименти з графеном вказують на можливість створення суперконденсаторів із набагато більшою щільністю енергії. Навіть якщо вони ніколи не збігаються з літій-іонними батареями, корисна кількість заряду в поєднанні з швидким часом перезарядки може поставити їх у місця, де батареї зараз відіграють роль.
Знову ж таки, з суперконденсаторами конкурують інші технології. Найважливішим з них є чудова твердотільна батарея, а традиційні літій-іонні батареї, нещодавно наповнені графеном, також показали багатообіцяючі результати. Яка б міцна, енергоємна технологія швидкої зарядки не виграла гонку, ми всі переможці.
Цікаво: Названо способи перевірки стану акумулятора смартфона.
Не забудьте підписатися на нашого Головного Редактора в Instagram, або ж на нашу офіційну сторінку в Facebook, канал в Telegram та в Twitter. Також стежте за нами в Google News.
