Wie Superkondensatoren funktionieren

Wie Superkondensatoren funktionieren

In diesem Beitrag werden wir verstehen, was ein Superkondensator ist, wie ähnlich oder verschieden er einem normalen Kondensator ist, wo er verwendet wird, und wir werden einen Vergleich zwischen Batterien und Superkondensatoren durchführen, um herauszufinden, welcher von ihnen überlegen ist.

Lassen Sie uns die Grundlagen eines normalen Kondensators verstehen.



Wie gewöhnlicher Kondensator funktioniert

Ein Kondensator ist eine passive elektronische Komponente, die eine geringe Menge elektrostatischer Energie zwischen dem verschachtelten leitenden und dem dielektrischen Material speichern kann.



Aufgrund dieser Eigenschaft können wir den Kondensator schnell laden und entladen. Wir verwenden sie als Spannungsglätter in allen Stromversorgungskreisen.

Alle Kondensatoren haben einige Spezifikationen, die auf den Körper aufgetragen sind, wie Betriebstemperatur, Betriebsspannung und Wert des Kondensators, der normalerweise im Bereich von wenigen Pico-Farad bis zu einigen tausend Mikrofarad liegt.



Die Kondensatoren, die wir normalerweise in der Unterhaltungselektronik finden, sind Keramik, Polyester, Papier usw. Diese Kondensatortypen haben normalerweise eine geringe Kapazität im Bereich von wenigen Pico-Farad bis weniger als ein Micro-Farad.

Die mit der höheren Kapazität sind vom elektrolytischen Typ mit einer Kapazität im Bereich von 0,1 uF bis zu mehreren tausend Mikrofarad.

Der Elektrolytkondensator erhöht seine Ladungsspeicherkapazität durch Hinzufügen eines mit etwas chemischem Elektrolyten als Dielektrikum getränkten Gewebes und einer der Seiten mit Aluminiumfolie, wie in der Abbildung gezeigt.



Internes Layout der Superkondensatoren

Der Stapel aus Aluminium und Taschentuch wird in Zylinderform gerollt und in einem Aluminiumchassis untergebracht. Der Durchmesser der Rolle, die Höhe und die Dicke des Gewebes bestimmen die verschiedenen Parameter des Kondensators.

Die Elektrolytkondensatoren sind polarisiert, was bedeutet, dass sie einen Anoden- und Kathodenanschluss haben und wir die Polarität der Eingangsversorgung zum Kondensator nicht vertauschen sollten, wie dies bei anderen Kondensatortypen der Fall ist.

Wie Superkondensatoren funktionieren

Superkondensator wird auch als Ultrakondensator oder Doppelschichtkondensator bezeichnet. Der Superkondensator hat eine enorme Ladungsspeicherkapazität und wird normalerweise in Farad gemessen (ohne Mikro-, Pico- oder Nano-Präfixe).

Ein Superkondensator kann von wenigen Farad bis zu einigen tausend Farad reichen. Im Gegensatz zu normalen Kondensatoren hat der Superkondensator eine niedrigere Betriebsspannung, die normalerweise zwischen 2,5 V und 2,7 V liegt.

Sie sind in Reihe und parallel geschaltet, um den Durchsatz von der Kondensatorbank zu erhöhen.
Die Superkondensatoren werden dort eingesetzt, wo Batterien die gegebene Aufgabe nicht effizient bewältigen können, um sofort regeneratives Bremsen in Fahrzeugen zu ermöglichen. Die kinetische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt und für eine Weile gespeichert und zur Beschleunigung des Fahrzeugs wiederverwendet.

Dieser Mechanismus verbessert die Gesamteffizienz des Fahrzeugs. Mit Batterien allein ist die Energieerfassung jedoch nicht effizient. Viele Autohersteller experimentieren mit Superkondensatoren in Kombination mit Batterien und haben Berichten zufolge die Gesamteffizienz des Systems verbessert.

Der Superkondensator hat im Vergleich zu Batterien bessere Lade- und Entladezyklen. Ein typischer Lithium-Ionen-Akku in unseren Smartphones hat ungefähr 1000 Lade- und Entladezyklen, während ein Superkondensator über 1 Million Lade- und Entladezyklen hat.

Batterien verschlechtern ihre effektive Kapazität, wenn die Batterie für längere Zeit unter eine bestimmte Spannung entladen wird. Ein Superkondensator hat keine solchen Grenzen, er kann bis zu Null Volt reichen.

Das Belassen eines Kondensators über einen längeren Zeitraum wie etwa ein Jahr ohne Aufladung kann jedoch auch seine Ladungshaltekapazität aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen den Platten des Kondensators verschlechtern.

Bau eines Superkondensators:

Der Aufbau von Superkondensatoren ist grundsätzlich der gleiche wie bei gewöhnlichen Kondensatoren, nur der Unterschied besteht in der Art des verwendeten Materials, und es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Energiespeicherkapazität verwendet.

Superkondensatoren haben auf beiden Seiten des in Elektrolyt getränkten Separators leitende Platten, und der Separator ist ein sehr dünnes dielektrisches Material aus Kunststoff, Kohlenstoff oder Papier.

Der Separator ist im Vergleich zu einem normalen Kondensator sehr dünn, um die Effizienz des Ionentransfers zwischen den Platten zu erhöhen.

Die Superkondensatoren werden manchmal als Doppelschicht bezeichnet. Dies liegt daran, dass beim Aufladen der Platten auf beiden Seiten auf beiden Seiten des Separators eine Ladung erzeugt wird, wie in der Abbildung gezeigt.

Wie Superkondensatoren funktionieren

Inzwischen haben Sie eine Vorstellung vom Superkondensator und seiner grundlegenden Funktionsweise.

Batterie gegen Superkondensator:

Vergleichen wir die Energiedichte und das Gewicht von Batterien und Supercaps.

Lithium-Ionen und Lithium-Polymer haben die höchste Energiedichte im Vergleich zu jeder anderen im Handel erhältlichen Batterietechnologie. Dies ist der Grund, warum unsere Smartphones und andere tragbare Elektronikgeräte aus Li-Ionen / Polymer bestehen.

Die Energiedichte von Supercaps ist im Vergleich zu Lithiumbatterien ziemlich niedrig und daher nur für nicht tragbare Geräte ideal.

Supercaps können sehr gut schnell geladen und entladen werden. Dies kann mit einer Batterie aufgrund des höheren Innenwiderstands bei allen Arten von Batterien nicht erreicht werden.

Wenn wir versuchen, die Batterie über ihre sicherere Strombegrenzung hinaus zu entladen, können wir die Batterie beschädigen. Dies liegt daran, dass die Batterien einen Innenwiderstand besitzen und Wärme erzeugen. Die erzeugte Wärmeenergie reicht aus, um die Batteriekapazität irreversibel zu beschädigen.

In Superkappen ist der Innenwiderstand sehr klein, sogar kleiner als der Innenwiderstand einiger Autobatterien, die für einen hohen Strom ausgelegt sind. Die Wahrscheinlichkeit, dass Superkondensatoren durch Wärme beschädigt werden, ist ziemlich gering.

Die Batterien können die Ladung sehr lange halten, aber bei Supercaps ist die Selbstentladung ein Problem und nicht für die Speicherung von Energie über einen langen Zeitraum geeignet.

Nun ist seine Abschlusszeit,

Welcher von ihnen ist also überlegen? Wahrscheinlich ist keiner von ihnen einander überlegen. Batterien haben eine gute Tragbarkeit, aber Supercaps haben eine sehr hohe Lade- und Entladerate. Letztendlich hängt es von der Anwendung ab, was wir verwenden, und dies entscheidet, welche davon am besten geeignet ist.

Lassen Sie uns im Kommentarbereich wissen, ob Superkondensatoren eines Tages aufgrund der rasanten technologischen Entwicklung die Batterien ersetzen werden.




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