სუპერკონდენსატორები ბატარეების ნაცვლად: მოწყობილობა, მახასიათებლების შედარება, გამოყენების სარგებელი, მიმოხილვები

2024 ავტორი: Erin Ralphs | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-02-19 17:07

იდეა მაღალი სპეციფიკური ტევადობის შესახებ გამოიკვლია 1960-იან წლებში, მაგრამ დღეს ამ ტექნოლოგიის მიმართ ინტერესის ახალი ტალღა გაჩნდა, საბოლოო პროდუქტის შესრულების თვისებების უნიკალური კომბინაციის გამო. დღეს, ამ ტექნოლოგიის საფუძველზე, იწარმოება სუპერკონდენსატორებისა და ულტრაკონდენსატორების სხვადასხვა მოდიფიკაცია, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს სრულფასოვან ელექტრო ბატარეად. ქვემოთ ნაჩვენები სუპერკონდენსატორის კონცეფციები აჩვენებს, რომ მათი სამომავლო კონკურენცია ჩვეულებრივი ბატარეების პაკეტებთან (ბატარეები) არც ისე ფანტასტიკურია.

რა არის სუპერკონდენსატორი?

არსებითად, ეს არის ოპტიმიზებული ელექტროქიმიური ბატარეა, დამზადებული კომპაქტური კონდენსატორის სახით. თუნდაც მოწყობილობის ზედაპირული შედარება ტიპიურთანმანქანის ბატარეა, შეგიძლიათ ხაზგასმით აღვნიშნოთ აშკარა განსხვავება ზომებში და პრაქტიკაში, სარგებელი ასევე გამოჩნდება ზედაპირზე უფრო ხანგრძლივი მომსახურების ვადის და სიმძლავრის სახით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სუპერკონდენსატორები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბატარეების ნაცვლად, თუმცა გარკვეული დათქმებით ენერგეტიკული პოტენციალის დაგროვების თვალსაზრისით შეზღუდვების გამო. ასეთი ნიუანსები ჯერ კიდევ არსებობს იონისტორების ტექნოლოგიური განვითარების არასრულყოფილების გამო, თუმცა სიტუაცია იცვლება ბაზრის წნეხის ქვეშ ბატარეებზე მზარდი მოთხოვნებით..

დიზაინი და პროდუქტის დიზაინი

ამ კონდენსატორის საფუძველს ქმნის ორი ელექტროდი, რომელთა შორისაც ტრადიციულად მოთავსებულია ელექტროლიტური საშუალება. ბატარეისგან განსხვავებები შეიძლება შეინიშნოს ელექტროდების წარმოებისთვის მასალების სტრუქტურაში, რომელთა ფირფიტები დაფარულია ფოროვანი გააქტიურებული ნახშირბადით. რაც შეეხება ელექტროლიტს, ამ ტევადობით შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორგანული და არაორგანული ნარევები. სტრუქტურულად, ასევე გამოირჩევა იზოლაციის ტექნიკური გადაწყვეტა სუპერკონდენსატორების სტრუქტურაში. დიელექტრიკული ფენით ბატარეის ალუმინის ფირფიტების ნაცვლად გამოიყენება იონური და ელექტრონული გამტარობის ოპტიმალური თვისებების მქონე კომპონენტები. თუ გავაგრძელებთ სუპერკონდენსატორის ბატარეად შესაძლო გამოყენების კონცეფციას, მაშინ ფოროვანი ნახშირბადი შეიძლება კარგად იმოქმედოს როგორც ელექტრონული გამტარი, ხოლო გოგირდის მჟავას ხსნარი იონური გამტარის როლში. ამ გზით, ელექტროდებს შორის მუხტის გამიჯვნის ოპტიმალური ფენა შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს ნაყარი იზოლატორების დამატებითი ჩართვის გარეშე.

სუპერკონდენსატორის ჯიშები

დღეს უკვე იონისტორების განვითარების რამდენიმე მიმართულება არსებობს. ყველაზე შესამჩნევი და პერსპექტიული არის შემდეგი ტიპის მოწყობილობები:

• ორმაგი ფენის კონდენსატორები. სტანდარტული მოდელი, რომელიც იყენებს ელექტროგამტარ მასალისგან დამზადებულ ზემოხსენებულ ელექტროდებს და ელექტროლიტად გამოიყენება სპეციალური გამყოფი. ენერგეტიკული პოტენციალის დაგროვება ხდება ელექტროდებზე მუხტის განცალკევების შედეგად.
• ფსევდოკონდენსატორები. ამ ტიპის სუპერკონდენსატორისგან დამზადებული დატენვის ბატარეა შეიძლება იყოს ძალიან წარმატებული გამოსავალი, რადგან ის გთავაზობთ ენერგიის შესანახად უფრო მოწინავე გზებს. პირველ რიგში, გააქტიურებულია ფარადეის მექანიზმის პრინციპი, რომელიც დაკავშირებულია ენერგიის დაგროვების პროცესებთან ჩვეულებრივ ბატარეებში. და მეორეც, შენარჩუნებულია ელექტროდებს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძირითადი სქემა ორმაგ ელექტრულ ფენაში.
• ჰიბრიდული კონდენსატორები. შუალედური კონცეფცია, რომელიც აერთიანებს ბატარეებისა და კონდენსატორების ინდივიდუალურ დადებით მახასიათებლებს. ასეთი მოწყობილობები, როგორც წესი, იყენებენ შერეული ოქსიდებისა და დოპირებული პოლიმერებისგან დამზადებულ ელექტროდების კომბინაციას. ამ მიმართულების შემდგომი განვითარება დაკავშირებულია ნახშირბადის მატარებლებითა და გამტარ პოლიმერებით დამატებული კომპოზიციური მასალების გამოყენებასთან.

ძირითადი მახასიათებლები

დღეს ძნელია ლაპარაკი იონისტორების მუშაობის კარგად დადგენილ მაჩვენებლებზე, რადგანტექნოლოგია მუდმივად იხვეწება და რეგულირდება ელექტროქიმიური დენის წყაროების გასაუმჯობესებლად. მაგრამ თუ ავიღებთ საშუალო მონაცემებს სუპერკონდენსატორების ძირითადი მახასიათებლების შესახებ, მაშინ კონკრეტული ინდიკატორები ასე გამოიყურება:

• დატენვის დრო - 1-დან 10 წამამდე
• დამუხტვის ციკლების რაოდენობა დაახლოებით 1 მილიონია, რაც შეესაბამება 30000 საათს.
• ძაბვა ბლოკის უჯრედში - დიაპაზონი 2.3-დან 2.75 ვ-მდე.
• ენერგეტიკული ინტენსივობა - სტანდარტული მნიშვნელობა 5 ვტსთ/კგ.
• სიმძლავრე - დაახლოებით 10000 ვტ/კგ.
• გამძლეობა - 15 წლამდე.
• სამუშაო ტემპერატურა -40°C-დან 65°C-მდე.

შედარება ჩვეულებრივ ბატარეებთან

მთავარი განმასხვავებელი პარამეტრებია ენერგიის დაგროვების სიჩქარე და ელექტრული მუხტის დაბრუნების ხარისხი. მსგავსი ზომების მქონე სუპერკონდენსატორის მახლობლად ელექტრული პოტენციალის ორმაგი ფენის გამოყენების გამო, იზრდება ელექტროდების სამუშაო ზედაპირის ფართობი. ანუ, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ ბატარეის და კონდენსატორის, როგორც ასეთის, საუკეთესო თვისებების გაერთიანებაზე. თუ შევადარებთ ბატარეის და სუპერკონდენსატორის დენების განაწილებას დატვირთვას, მაშინ მოხმარებული დენის მოცულობების ერთგვაროვნება ზოგადად იდენტური იქნება, მაგრამ ორი შესწორებით. აკუმულატორის მუშაობისას შესაძლებელია ყველაზე დიდი დენის გადატანა ბლოკის ქვედა ნაწილში მდებარე ელემენტისკენ, იონისტორების შემთხვევაში კი, პრინციპში, დაბალი ძაბვის გამო პოტენციალი ნაკლები იქნება. ასევე, მნიშვნელოვანი განსხვავებები მოიცავს სამუშაო რესურსის განსხვავებას - სუპერკონდენსატორები ემსახურებიან დაახლოებით 25-30% -ით მეტ დროს, რომ აღარაფერი ვთქვათ.შესასრულებელი სამუშაო ციკლების უფრო მაღალი მაჩვენებელი.

მოქმედი სუპერკონდენსატორების უპირატესობები

თუ ზოგადად გავითვალისწინებთ ბატარეების ნაცვლად სუპერკონდენსატორების გამოყენების დადებით ეფექტებს, მაშინ წინა პლანზე გამოვა შემდეგი თვისებები:

• სუპერკონდენსატორების ენერგიის მაღალი სიმკვრივე საშუალებას აძლევს მათ გამოიყენონ ელექტრონულ მოწყობილობებში, როგორც ენერგიის მოკლევადიანი წყარო.
• ეკოლოგიური უსაფრთხოება. რა თქმა უნდა, ელექტროქიმიური კომპონენტები ჯერ კიდევ შენარჩუნებულია დიზაინში, მაგრამ მათი ტოქსიკური ეფექტი მუდმივად მცირდება.
• ენერგიის გამოყენების შესაძლებლობა განახლებადი წყაროებიდან - ქარი, მზე, წყალი და მიწა.
• ბატარეების სტრუქტურული ინტეგრაციის შესაძლებლობების გაფართოება - მაგალითად, კომპლექსური ელექტროსადგურების, ჰიბრიდული ელექტრო მანქანების, წყალბადის საწვავზე მომუშავე მანქანების მოვლა-პატრონობისთვის და ა.შ.

აღსანიშნავია სუპერკონდენსატორის ზოგიერთი უპირატესობა ჩვეულებრივი კონდენსატორთან მიმართებაში. რამდენიმე მათგანია, მაგრამ ენერგიის შესანახად დიდი სიმძლავრე ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია. ამ ინდიკატორის მიხედვით, იონისტორების ყველა მოდიფიკაციას არ შეუძლია კონკურენცია გაუწიოს ბატარეებს, თუმცა, ელექტრო სიმძლავრის პარამეტრში კონდენსატორებთან შედარებით, ისინი დამაჯერებლად იმარჯვებენ.

დადებითი მიმოხილვები სუპერკონდენსატორების შესახებ

სუპერკონდენსატორების ტესტირება და ნაწილობრივი გამოყენება დღეს ხდება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. როგორც ამ მოწყობილობების მუშაობის შესახებ მიმოხილვები აჩვენებს, ისინი ადასტურებენ მწარმოებლების განცხადებებს მაღალი დონის შესახებსაიმედოობა, გარემოსდაცვითი უსაფრთხოება და მაღალი სიმძლავრე. რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სუპერკონდენსატორებისა და ბატარეების შედარების თვალსაზრისით, პირველები არც ისე მომთხოვნი არიან ფიზიკური დამუშავებისას განსაკუთრებული პირობების შესაქმნელად. ეს ნაწილობრივ გამოწვეულია კომპონენტების იგივე დაბალი ტოქსიკურობით, მაგრამ უფრო მეტად, მუშაობის ერგონომიკა განპირობებულია კორპუსის დაცვის მაღალი ხარისხით. ანუ მომხმარებელს არ სჭირდება სპეციალური მოწყობილობების მიწოდება სუპერკონდენსატორების დალუქულ პირობებში შესანარჩუნებლად. დაბალი წონა და ოპტიმიზებული ზომები ასევე აადვილებს რუტინული ტექნიკური ოპერაციების განხორციელებას.

უარყოფითი მიმოხილვები სუპერკონდენსატორების შესახებ

ამ ტიპის კონდენსატორების სისუსტეებიც არის, რაც პრაქტიკაშიც აშკარად ვლინდება. კერძოდ, მომხმარებლები მიუთითებენ მათ დაბალ ენერგიის სიმკვრივეზე, დაბალ შესრულებაზე და არა ყოველთვის საკმარის ძაბვის დონეზე, რაც აუცილებელს ხდის რამდენიმე ელემენტის გამოყენებას ერთი სამიზნე სამომხმარებლო ერთეულის მოსამსახურებლად. ბევრი თვალსაზრისით, ეს ხარვეზები ხელს უშლის დღეს ბატარეების ნაცვლად სუპერკონდენსატორების გამოყენებას, თუმცა, ისევ და ისევ, ტექნოლოგიური განვითარება უფრო მეტად გადაჭრის ამ პრობლემებს.

კონდენსატორების განვითარების პერსპექტივები

ექსპერტების და ბატარეების დეველოპერების აზრით, უახლოეს მომავალში ყველგან ახალი თაობის კონდენსატორები გამოიყენებენ. ეს შესაძლებელი გახდება მოწყობილობების სპეციფიკური სიმძლავრის აქტიური ზრდის გამო. Ღირსდაამატეთ და გააუმჯობესეთ სუპერკონდენსატორების ტექნიკური და სტრუქტურული მახასიათებლები, რაც პირველ რიგში ეხება ზომებს და წონას. ამავდროულად, დღეს უკვე ეწყობა 2,5 მვტ-მდე სიმძლავრის იონისტორების ტესტები. მომავალში ასეთი სისტემების გამოყენება შესაძლებელია სატრანსპორტო ქსელების, სამრეწველო ობიექტების და საცხოვრებელი კომპლექსების მოვლა-პატრონობაში.

დასკვნა

სუპერკონდენსატორის კონცეფცია ითვლება ოპტიმალურ გადაწყვეტად იმ სიტუაციებში, როდესაც არსებობს ელექტრომომარაგების მოკლევადიანი საჭიროება ცოცხალი დატენვით. ნაწილობრივ, ეს ეწინააღმდეგება ელექტროქიმიური ბატარეების იდეას, რომლებიც ორიენტირებულია ენერგიის გრძელვადიან შენარჩუნებაზე გარკვეული პარამეტრებით. მაგრამ შესაძლებელია თუ არა ავტომობილში ბატარეის ნაცვლად სუპერკონდენსატორის გამოყენება ამ ოპერაციული მახასიათებლის გათვალისწინებით? დიდი ალბათობით, მოწინავე ავტო კონცერნები გამოიყენებენ მაღალი სიმძლავრის კონდენსატორებს, მაგრამ მხოლოდ სპეციალურ ჰიბრიდულ ვერსიებში, რომლებიც აერთიანებს სუპერკონდენსატორების დადებით თვისებებს, როგორც ასეთი და ტრადიციულ ელექტროქიმიურ კომპონენტებს. მაგალითად, დღეს ასეთი ხსნარები გამოიყენება ელექტროქიმიური ტყვიის მჟავა სტრუქტურისა და სუპერკონდენსატორის კომბინაციის სახით.