Introduktion til superkondensatorer

Med udviklingen af ​​samfundet og økonomien lægger folk mere og mere vægt på grøn energi og økologisk miljø. Som en ny type energilagringsenhed har superkondensatorer tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed på grund af deres uerstattelige fordele. Ingeniører er begyndt at udskifte traditionelle batterier med superkondensatorer i nogle designs, der kræver højeffektive og højeffektive løsninger. Defekter i batteriteknologi Nye batterier som Li-ion og NiMH kan give en pålidelig energilagringsløsning og er blevet meget brugt på mange områder. Som vi alle ved, lagrer kemiske batterier elektriske ladninger gennem elektrokemiske reaktioner, hvilket resulterer i Faraday ladningsoverførsel. De har en kort levetid og er meget påvirket af temperaturen. Dette er også den vanskelighed, som designere af bly-syre-batterier (batterier) står over for.

Samtidig kan høj strøm direkte påvirke levetiden af ​​disse batterier, så til nogle applikationer, der kræver lang levetid og høj pålidelighed, udviser disse kemiske reaktionsbaserede batterier forskellige mangler. Funktioner og fordele ved superkondensatorer Princippet med superkondensatorer er ikke en ny teknologi. De fleste af de almindelige superkondensatorer har en elektrisk dobbeltlagsstruktur. Sammenlignet med elektrolytiske kondensatorer har denne superkondensator en meget høj energitæthed og effekttæthed. Sammenlignet med traditionelle kondensatorer og sekundære batterier har superkondensatorer højere opladningskapacitet end almindelige kondensatorer og har karakteristika af hurtig opladning og afladningshastighed, høj effektivitet, ingen forurening til miljøet, lang levetid, bredt driftstemperaturområde og høj sikkerhed . . Udover at kunne oplade og aflade hurtigt, er en anden nøglefunktion ved superkondensatorer deres lave impedans. Så når en superkondensator er helt afladet, vil den udvise en lille modstandskarakteristik, og hvis der ikke er nogen grænse, vil den trække den mulige kildestrøm.

Derfor skal der anvendes en konstantstrøm- eller konstantspændingslader. For 10 år siden kunne superkondensatorer kun sælges i meget små mængder hvert år, og prisen var meget dyr, omkring 1 til 2 US dollars/farad. Nu er superkondensatorer blevet leveret til markedet i store mængder som standardprodukter, og prisen er sat kraftigt ned med et gennemsnit på 0,01. ~$0,02/farad. I de sidste par år er superkondensatorer begyndt at komme ind på mange anvendelsesområder, såsom forbrugerelektronik, industri og transport. Strukturen af ​​superkondensatorer Selvom der er mange superkondensatorproducenter i verden, som kan levere mange slags superkondensatorprodukter, er de fleste af produkterne baseret på en lignende elektrisk dobbeltlagsstruktur. Strukturen af ​​superkondensatorer ligner den af ​​elektrolytiske kondensatorer. Meget ens, deres vigtigste forskel er elektrodematerialet. Elektroderne i de tidlige superkondensatorer var lavet af kulstof. Kulelektrodematerialet har et stort overfladeareal, og kapacitansen afhænger af afstanden mellem overfladearealet og elektroderne. Det kan være meget stort, de fleste superkondensatorer kan være på farad niveau, og det generelle kapacitansområde er 1 ~ 5000F. Brug af superkondensatorer Superkondensatorer har en bred vifte af anvendelser. Kombineret med stoffer med høj energitæthed, såsom brændselsceller, kan superkondensatorer give hurtig energifrigivelse for at imødekomme høje effektkrav, hvilket tillader, at brændselsceller kun kan bruges som energikilde. På nuværende tidspunkt kan energitætheden af ​​superkondensatorer være så høj som 20kW/kg, hvilket er begyndt at gribe denne del af markedet mellem traditionelle kondensatorer og batterier.

I de applikationer, der kræver høj pålidelighed, men lave energikrav, kan superkondensatorer bruges til at erstatte batterier, eller superkondensatorer og batterier kan kombineres til applikationer med høje energikrav, så mindre størrelse kan bruges. , mere økonomiske batterier. Superkondensatorer har meget lave ESR-værdier, hvilket giver dem mulighed for at hente store strømme og hurtigt synke store strømme. Sammenlignet med det kemiske opladningsprincip gør arbejdsprincippet for superkondensatorer ydeevnen af ​​dette produkt mere stabil, og derfor er superkondensatorernes levetid længere. Superkondensatorer er en ideel strømkilde til enheder, der kræver hurtig opladning, såsom elværktøj og legetøj. Nogle produkter er velegnede til et hybridbatteri/superkondensatorsystem. Brugen af ​​superkondensatorer kan undgå brugen af ​​voluminøse batterier for at opnå mere energi. Et eksempel er digitale kameraer inden for forbrugerelektronik, hvor brugen af ​​superkondensatorer gør det muligt for digitale kameraer at bruge billige alkaliske batterier (frem for dyre Li-ion batterier). Det nominelle spændingsområde for superkondensatorceller (celler) er 2,5 til 2,7V, så mange applikationer kræver brug af flere superkondensatorceller. Når disse celler forbindes i serie, skal designingeniøren overveje balancen og opladningen mellem cellerne. Enhver superkondensator vil aflades gennem den interne parallelle modstand, når den aktiveres. Denne afladningsstrøm kaldes lækstrøm, som vil påvirke selvafladningen af ​​superkondensatorenheden.

I lighed med nogle sekundære batteriteknologier skal spændingerne af superkondensatorer afbalanceres, når de bruges i serie, fordi der er lækstrøm, og størrelsen af ​​den interne shuntmodstand vil bestemme spændingsfordelingen over de serieforbundne superkondensatorceller. Når spændingen på superkondensatoren stabiliserer sig, vil spændingen på hver enhed ændre sig med lækstrømmen, ikke med kapacitansværdien. Jo større lækstrøm, jo ​​mindre nominel spænding, tværtimod, jo mindre lækstrøm, jo ​​højere nominel spænding. Dette skyldes, at lækstrømmen får superkondensatorcellen til at aflade, hvilket sænker spændingen, hvilket igen påvirker spændingerne fra andre celler i serie med den (forudsat at disse celler i serie drives af den samme konstante spænding). For at kompensere for variationen i lækstrømmen er en almindelig metode at tilslutte en modstand parallelt ved siden af ​​hver enhed for at styre lækstrømmen i hele enheden. Denne metode reducerer effektivt variationen af ​​den tilsvarende parallelle modstand mellem enhederne.

En anden anbefalet metode er aktiv cellebalancering, hvor hver celle aktivt overvåges og balanceres mod hinanden, når der er en spændingsændring. Denne tilgang reducerer enhver ekstra belastning på enheden, hvilket gør arbejdet mere effektivt. Hvis spændingen overstiger enhedens nominelle spænding, vil enhedens levetid blive forkortet. For superkondensatorer med høj pålidelighed er det vigtigt at holde spændingen inden for det krævede område, og ladespændingen skal kontrolleres for at sikre, at den ikke overstiger den nominelle spænding for hver celle.