Introduktion till superkondensatorer

Med utvecklingen av samhället och ekonomin ägnar människor mer och mer uppmärksamhet åt grön energi och ekologisk miljö. Som en ny typ av energilagringsenhet har superkondensatorer väckt mer och mer uppmärksamhet på grund av deras oersättliga fördelar. Ingenjörer har börjat ersätta traditionella batterier med superkondensatorer i vissa konstruktioner som kräver högeffektiva och högeffektiva lösningar. Defekter i batteriteknik Nya batterier som Li-ion och NiMH kan ge en pålitlig energilagringslösning och har använts flitigt inom många områden. Som vi alla vet lagrar kemiska batterier elektriska laddningar genom elektrokemiska reaktioner, vilket resulterar i Faradays laddningsöverföring. De har kort livslängd och påverkas mycket av temperaturen. Detta är också svårigheten för konstruktörer av blybatterier (batterier).

Samtidigt kan hög ström direkt påverka livslängden för dessa batterier, så för vissa applikationer som kräver lång livslängd och hög tillförlitlighet uppvisar dessa kemiska reaktionsbaserade batterier olika brister. Funktioner och fördelar med superkondensatorer Principen för superkondensatorer är ingen ny teknik. De flesta vanliga superkondensatorer har en elektrisk dubbelskiktsstruktur. Jämfört med elektrolytiska kondensatorer har denna superkondensator en mycket hög energitäthet och effekttäthet. Jämfört med traditionella kondensatorer och sekundära batterier har superkondensatorer högre laddningslagringskapacitet än vanliga kondensatorer och har egenskaperna snabb laddning och urladdningshastighet, hög effektivitet, ingen förorening av miljön, lång livslängd, brett driftstemperaturområde och hög säkerhet . . Förutom att kunna ladda och ladda ur snabbt, är en annan viktig egenskap hos superkondensatorer deras låga impedans. Så när en superkondensator är helt urladdad kommer den att uppvisa en liten resistanskarakteristik, och om det inte finns någon gräns kommer den att dra den möjliga källströmmen.

Därför måste en laddare med konstant ström eller konstant spänning användas. För 10 år sedan kunde superkondensatorer endast säljas i mycket små kvantiteter varje år, och priset var mycket dyrt, cirka 1 till 2 US-dollar/farad. Nu har superkondensatorer levererats till marknaden i stora mängder som standardprodukter, och priset har sänkts kraftigt, med ett genomsnitt på 0,01. ~0,02 USD/farad. Under de senaste åren har superkondensatorer börjat komma in på många applikationsområden, såsom hemelektronik, industri och transport. Strukturen hos superkondensatorer Även om det finns många superkondensatortillverkare i världen, som kan tillhandahålla många typer av superkondensatorprodukter, är de flesta av produkterna baserade på en liknande elektrisk dubbelskiktsstruktur. Strukturen hos superkondensatorer liknar den hos elektrolytiska kondensatorer. Mycket lika, deras huvudsakliga skillnad är elektrodmaterialet. Elektroderna i de tidiga superkondensatorerna var gjorda av kol. Kolelektrodmaterialet har en stor yta och kapacitansen beror på avståndet mellan ytan och elektroderna. Det kan vara mycket stort, de flesta superkondensatorer kan vara på faradnivå och det allmänna kapacitansintervallet är 1 ~ 5000F. Använda superkondensatorer Superkondensatorer har ett brett användningsområde. I kombination med ämnen med hög energitäthet som bränsleceller kan superkondensatorer ge snabb energifrisättning för att möta höga effektkrav, vilket gör att bränsleceller endast kan användas som energikälla. I dagsläget kan energitätheten för superkondensatorer vara så hög som 20kW/kg, vilket har börjat lägga beslag på denna del av marknaden mellan traditionella kondensatorer och batterier.

I de applikationer som kräver hög tillförlitlighet men låga energikrav, kan superkondensatorer användas för att ersätta batterier, eller superkondensatorer och batterier kan kombineras för applikationer med höga energikrav, så att mindre storlek kan användas. , mer ekonomiska batterier. Superkondensatorer har mycket låga ESR-värden, vilket gör att de kan generera stora strömmar och sänka stora strömmar snabbt. Jämfört med den kemiska laddningsprincipen gör arbetsprincipen för superkondensatorer prestandan för denna produkt mer stabil, och därför är livslängden för superkondensatorer längre. Superkondensatorer är en idealisk strömkälla för enheter som kräver snabb laddning, såsom elverktyg och leksaker. Vissa produkter är lämpliga för ett hybridbatteri/superkondensatorsystem. Användningen av superkondensatorer kan undvika användningen av skrymmande batterier för att få mer energi. Ett exempel är digitalkameror inom hemelektronik, där användningen av superkondensatorer gör att digitalkameror kan använda billiga alkaliska batterier (snarare än dyra Li-ion-batterier). Det nominella spänningsintervallet för superkondensatorceller (celler) är 2,5 till 2,7V, så många applikationer kräver användning av flera superkondensatorceller. Vid seriekoppling av dessa celler måste konstruktören överväga balansen och laddningen mellan cellerna. Vilken superkondensator som helst kommer att laddas ur genom det interna parallella motståndet när den är strömsatt. Denna urladdningsström kallas läckström, vilket kommer att påverka superkondensatorenhetens självurladdning.

I likhet med vissa sekundära batteriteknologier måste spänningarna hos superkondensatorer balanseras när de används i serie eftersom det finns läckström och storleken på den interna shuntresistansen kommer att avgöra spänningsfördelningen över de seriekopplade superkondensatorcellerna. När spänningen på superkondensatorn stabiliseras kommer spänningen på varje enhet att ändras med läckströmmen, inte med kapacitansvärdet. Ju större läckström, desto mindre märkspänning, tvärtom, ju mindre läckström, desto högre märkspänning. Detta beror på att läckströmmen gör att superkondensatorcellen laddas ur, vilket sänker spänningen, vilket i sin tur påverkar spänningarna hos andra celler i serie med den (förutsatt att dessa celler i serie drivs av samma konstanta spänning). För att kompensera för variationen i läckströmmen är en vanlig metod att parallellkoppla ett motstånd bredvid varje enhet för att styra hela enhetens läckström. Denna metod reducerar effektivt variationen av motsvarande parallella motstånd mellan enheterna.

En annan rekommenderad metod är aktiv cellbalansering, där varje cell aktivt övervakas och balanseras mot varandra när det sker en spänningsförändring. Detta tillvägagångssätt minskar eventuell extra belastning på enheten, vilket gör arbetet mer effektivt. Om spänningen överstiger enhetens märkspänning kommer enhetens livslängd att förkortas. För högtillförlitliga superkondensatorer är hur man håller spänningen inom det erforderliga området en nyckelpunkt, och laddningsspänningen måste kontrolleras för att säkerställa att den inte överstiger märkspänningen för varje cell.