Energobelarus - кондензатор вместо разтвор на батерията
За кондензатори за съхранение на електричество хората за първи път се използват. След това, когато електрическите надминали лабораторни експерименти, изобретени батерии са се превърнали в основните средства за съхраняване на електрическа енергия. Но в началото на XXI век отново го предложи да се използва кондензатори за електрическа енергия. Доколкото е възможно, и ако батериите отиват изцяло в миналото?
Причината, поради която кондензатор бяха изгонени батерия е свързано със значително по големи стойности на власт, те са в състояние да се натрупват. Друга причина е, че по време на разтоварване изхода напрежението на батерията варира много малко, така че не се изисква или не регулатор на напрежението, или може да има една много проста структура.
Основната разлика между кондензаторите и батериите е, че кондензаторите са пряко съхраняват електрически заряд, а батерията се преобразува в електрическа енергия в химична енергия, да я съхранява, и след това отново се преобразуват електрическата химически Ener.
Когато частта преобразуване на енергията от него се губи. Ето защо, дори и най-доброто представяне на батерията не е повече от 90%, докато, както е в кондензатори може да достигне 99%. Интензитетът на химични реакции зависи от температурата, така студените акумулатори работят значително по-лоши от при стайна температура. В допълнение, химични реакции в батерията не е напълно обратимо. Следователно малък брой цикли заряд-разряд (от порядъка на хиляди единици, често живота на батерията на около 1000 цикъла заряд-разряд) и "памет ефект". Спомнете си, че "ефектът на паметта" е, че батерията трябва винаги да се отведе на определено количество акумулирана енергия, а качеството му е увеличен. Ако след изписването има по-голяма мощност, капацитет на батерията постепенно ще намалее. "Ефект на паметта" общи за почти всички видове търговски достъпни батерии, с изключение на киселината (включително техните видове - гел и AGM). Въпреки че се предполага, че литиево-йонни и литиево-полимерната батерия не са специфични за, всъщност, и те просто се проявява в по-малка степен, отколкото в други видове. Що се отнася до киселинни батерии, при който ефект се проявява сулфатиране плочи, което води до необратимо увреждане на източника на захранване. Една от причините е дълъг престой в състояние на батерията такса по-малко от 50%.
По отношение на алтернативни източници на енергия "памет ефект" и сулфатиране плочи са сериозни проблеми. Фактът, че използваната енергия от източници като слънчеви панели и вятърни турбини, е трудно да се предскаже. В резултат на това зареждане и разреждане на батерията се появи случайно в неоптимален режим.
За модерния ритъм на живот това е абсолютно неприемливо, че батериите трябва да бъдат заредени в продължение на няколко часа. Например, как си представяте пътуване на един електрически автомобил на дълги разстояния, ако разреждането на батерията ви забави за няколко часа за таксата за момент? батерия скорост на зареждане се ограничава от скоростта на настъпване на химични процеси. Можете да се намали времето за зареждане до 1 час, но не и за няколко минути. В същото време, нивото на зареждане на кондензатора се ограничава само по максималния ток, който дава зарядното устройство.
Тези батерии недостатъци, направени действително използване вместо кондензатори.
С помощта на електрически двоен слой
В продължение на много десетилетия, се ползва с най-голям капацитет електролитни кондензатори. В един от тези електроди е метално фолио, а другият - електролита и изолацията между електродите - метален оксид, който е покрит с фолио. В електролитен кондензатор капацитет може да бъде до няколко стотни от Фарадей, което е недостатъчно да замени батерията напълно.
Голям капацитет, измерен в хиляди farads, оставя се да се получи кондензатори, основани на т.нар електрически двоен слой. Принципът на работа е както следва. Електрическият двоен слой се случва при определени гранични условия на веществата в твърди и течни фази. Йоните се образуват два слоя с такси на обратен знак но идентична величина. Ако много опростена ситуация, образувани кондензатор "плочи", които са йоните на споменатите слоеве на разстояние равно на няколко атома.
Кондензатори, основаващи се на този ефект, понякога по-нататък суперкондензатори. В действителност, този термин е не само да кондензатори, които се натрупва електричен заряд, но и на други апарати за електрическа мощност - с частично преобразуване на електрическата енергия в химична енергия, като същевременно се поддържа електрическия заряд (Hybrid ionistor), а за батерии на базата на електрически двоен слой (т.нар psevdokondensatory). Ето защо, по-подходящи Терминът "суперкондензатори". Понякога терминът "ултракондензатори" идентичен с него на негово място.
В суперкондензатор съдържа два електрода от активен въглен, наводнени електролит. Между тях е мембрана, която преминава през електролита, но предотвратява физическо движение на частици активен въглерод между електродите.
Трябва да се отбележи, че самите суперкондензатори нямат никаква полярност. По този начин те се различават съществено от електролитния кондензатор, което обикновено се характеризира с полярност, недостатъчност на което води до неуспех на изхода кондензатор. Въпреки това, на суперкондензатори също прилага полярност. Това се дължи на факта, че суперкондензатори от линията събрание вече е заредена, маркировка на полярността е тази такса.
За да се улесни разглеждането на въпроса, ние пренебрегваме загуби в напрежение инвертор и стабилизатори. В този случай, ако се работи с обикновена батерия с напрежение 12 V, управляваща електроника, трябва да издържат ток от 5 А. Тези електронни устройства са широко разпространени и не са скъпи. Но много по-различна ситуация възниква, когато се използва суперкондензатор напрежение, което е 2.5 V. След това, на ток, преминаващ през електронните компоненти на преобразувателя може да бъде до 24 А, който изисква нови подходи за skhmotehnike и модерна елементна база. Това затруднение с изграждането на преобразувателя и стабилизаторът може да се обясни с факта, че суперкондензатори, серийно производство на което е започнало през 70-те години на ХХ век, само че сега са били широко използвани в различни области.
Суперкондензаторите могат да бъдат свързани в една батерия с помощта на сериен или паралелно свързване. В първия случай, максималното напрежение се увеличава. Във втория случай - капацитет. Увеличете максимално напрежение по този начин, е един от начините за решаване на проблема, но да плати за него ще има намаляване на капацитета.
Размерите на суперкондензатори, разбира се, зависи от капацитета си. Типични капацитет суперкондензатор 3000 F е цилиндър с диаметър около 5 см и дължина 14 см. Когато контейнерът 10 F суперкондензатор има размери, сравними с човешки нокът.
Добри суперкондензатори могат да издържат на стотици хиляди цикъла заряд-разряд, надминавайки в този параметър батерии около 100 пъти. Но, подобно на електролитни кондензатори, за суперкондензатори, е проблемът за застаряването на постепенното изтичане. Досега не се натрупват обаче пълни статистически данни за провал на суперкондензатори поради тази причина, но въз основа на косвени доказателства, срокът на експлоатация на суперкондензатори грубо може да се оцени като на 15 години.
Количеството енергия, съхранявана в кондензатор се изразява в джаули:
където С - капацитет, изразена в farads, U - напрежението в плаките, изразена в волта.
Количеството енергия, съхранена в кондензатора се изразява в киловатчаса, равна на:
Следователно, кондензатор 3000 F с напрежение между електродите 2,5 е в състояние да се запасите само 0.0026 кВтч. Как е възможно да се отнасят, например, литиево-йонна батерия? Ако приемем, изходното напрежение не зависи от скоростта на освобождаване от отговорност и равна на 3,6 V, количеството енергия, 0.0026 кВтч се съхраняват на капацитета на литиево-йонна батерия от 0,72 Ah. Уви, много скромен резултат.
Системите за аварийно осветление са на мястото, където използването на суперкондензатори, вместо батерии дава значителна печалба. В действителност, тя е за това приложение се характеризира с неравномерно освобождаване от отговорност. В допълнение, е желателно да се зарежда за спешна осветителното тяло е по-бързо да се използва и има резервно захранване по-надеждни. резервно захранване източник въз основа на суперкондензатор може да се вгражда директно в T8 с LED лампа. Тези лампи вече са на разположение от редица китайски фирми.
Както вече бе отбелязано, развитието на суперкондензатори се дължи главно на интереса към алтернативни енергийни източници. Но практическото прилагане все още е ограничено LED светлини, които черпят енергия от слънцето.
Активно разработване на такава посока, че да се използват суперкондензатори да тече електрически съоръжения.
Суперкондензаторите са в състояние да дават големи количества енергия в един кратък период от време. Носещ електрическо оборудване в началната точка на суперкондензатор може да намали пиковите натоварвания на мрежата и в крайна сметка намаляване на маржа за стартиране течения, постигане на огромни спестявания.
Комбинирането на няколко суперкондензатори в батерията, ние можем да се постигне капацитет сравнима с батерии, използвани в електрически превозни средства. Но тежи тази батерия ще бъде няколко пъти по-батерия, което е недопустимо за превозни средства. Решението е да се използват суперкондензатори, базирани на графен, но те съществуват само като прототипи. Въпреки това, новата версия на известния "Е-мобилни", който работи само на електричество, като източник на захранване ще използва ново поколение суперкондензатори, развитието на която се провежда на български учени.
Суперкондензаторите също ще получат в замяна на батерията в конвенционалните превозни средства, работещи с бензин или дизелово гориво - тяхното използване в такива превозни средства вече е реалност.
Досега най-успешните суперкондензатори за изпълнение реализирани проекти може да се разглежда нови тролейбуси, направени в България, публикувани наскоро по улиците на Москва. При прекратяване на прилагане на напрежение на контактната мрежа или когато "формация лети" тролейбус текущата колектор могат да пътуват на по-малък (около 15 km / h) скорост от няколко стотин метра до място, където няма да пречи на движението на пътя. източник на енергия за такива маневри, за това е батерията на суперкондензатори.
В общи линии, докато суперкондензатори може да измести батериите само в определени "ниши". Но технологиите се развиват бързо, което ни кара да очакваме, че в близко бъдеще, в обхвата на суперкондензатори ще се увеличи значително.