Superkapasitor bukan baterai: perangkat, perbandingan fitur, manfaat penggunaan, ulasan

2024 Pengarang: Erin Ralphs | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-19 17:03

Ide tentang kapasitansi spesifik tinggi dieksplorasi pada 1960-an, tetapi hari ini ada gelombang baru peningkatan minat dalam teknologi ini, karena kombinasi unik dari sifat kinerja produk akhir. Saat ini, berdasarkan teknologi ini, berbagai modifikasi superkapasitor dan ultrakapasitor diproduksi, yang dapat dianggap sebagai baterai daya penuh. Konsep superkapasitor yang ditunjukkan di bawah ini menunjukkan bahwa persaingan masa depan mereka dengan paket baterai konvensional (baterai) tidak begitu fantastis.

Apa itu superkapasitor?

Intinya, ini adalah baterai elektrokimia yang dioptimalkan, dibuat dalam bentuk kapasitor kompak. Bahkan dengan perbandingan sepintas perangkat dengan tipikalbaterai untuk mobil, Anda dapat menyoroti perbedaan ukuran yang jelas, dan dalam praktiknya, manfaatnya juga akan muncul ke permukaan dalam bentuk masa pakai dan daya yang lebih lama. Dengan kata lain, superkapasitor dapat digunakan sebagai pengganti baterai, meskipun dengan beberapa reservasi karena keterbatasan dalam hal akumulasi potensi energi. Nuansa seperti itu masih terjadi karena ketidaksempurnaan perkembangan teknologi ionistor, namun situasinya berubah di bawah tekanan pasar dengan kebutuhan baterai yang terus meningkat.

Desain dan desain produk

Dasar kapasitor ini dibentuk oleh dua elektroda, di mana media elektrolit secara tradisional ditempatkan. Perbedaan dari baterai dapat diamati pada struktur bahan untuk pembuatan elektroda, yang pelatnya dilapisi dengan karbon aktif berpori. Adapun elektrolit, campuran organik dan anorganik dapat digunakan dalam kapasitas ini. Secara struktural, solusi teknis isolasi dalam struktur superkapasitor juga menonjol. Alih-alih pelat aluminium baterai dengan lapisan dielektrik, komponen dengan sifat konduktivitas ionik dan elektronik yang optimal digunakan. Jika kita melanjutkan konsep kemungkinan penggunaan superkapasitor sebagai baterai, maka karbon berpori dapat bertindak sebagai konduktor elektronik, dan larutan asam sulfat dapat bertindak sebagai konduktor ionik. Dengan cara ini, lapisan pemisahan muatan yang optimal antara elektroda dapat disediakan tanpa penambahan isolator besar.

Varietas superkapasitor

Saat ini, ada beberapa arah dalam pengembangan ionistor. Yang paling mencolok dan menjanjikan adalah jenis perangkat berikut:

• Kapasitor lapisan ganda. Model standar, yang menggunakan elektroda yang disebutkan di atas terbuat dari bahan konduktif listrik, dan pemisah khusus digunakan sebagai elektrolit. Akumulasi energi potensial terjadi sebagai akibat dari pemisahan muatan pada elektroda.
• Pseudocapacitors. Baterai isi ulang yang terbuat dari superkapasitor jenis ini bisa menjadi solusi yang sangat sukses, karena menawarkan cara yang lebih canggih untuk menyimpan energi. Pertama, prinsip mekanisme Faraday yang terkait dengan proses akumulasi energi dalam baterai konvensional diaktifkan. Dan kedua, skema dasar interaksi elektrostatik antara elektroda dalam lapisan listrik ganda juga dipertahankan.
• Kapasitor hibrida. Konsep perantara yang menggabungkan fitur positif individu dari baterai dan kapasitor. Perangkat tersebut biasanya menggunakan kombinasi elektroda yang terbuat dari oksida campuran dan polimer yang didoping. Pengembangan lebih lanjut dari arah ini terkait dengan penggunaan material komposit yang dilengkapi dengan pembawa karbon dan polimer konduktif.

Fitur Utama

Hari ini sulit untuk berbicara tentang indikator kinerja ionistor yang mapan, karenateknologi terus ditingkatkan, dan disesuaikan dengan peningkatan sumber arus elektrokimia. Tetapi jika kita mengambil data rata-rata pada karakteristik utama superkapasitor, maka indikator spesifik akan terlihat seperti ini:

• Waktu pengisian daya - 1 hingga 10 detik
• Jumlah siklus pengisian sekitar 1 juta, yang setara dengan 30.000 jam.
• Tegangan di sel blok - berkisar dari 2,3 hingga 2,75 V.
• Intensitas energi - nilai standar 5 Wh/kg.
• Daya - sekitar 10.000 W/kg.
• Daya tahan - hingga 15 tahun.
• Suhu Pengoperasian -40 °C hingga 65 °C.

Perbandingan dengan baterai konvensional

Parameter pembeda utama adalah laju akumulasi energi dan tingkat pengembalian muatan listrik. Karena penggunaan lapisan ganda potensial listrik di dekat superkapasitor dengan dimensi yang sama, area permukaan kerja elektroda meningkat. Artinya, kita dapat berbicara tentang menggabungkan sifat terbaik dari baterai dan kapasitor seperti itu. Jika kita membandingkan distribusi arus baterai dan superkapasitor ke beban, maka keseragaman volume arus yang dikonsumsi umumnya akan identik, tetapi dengan dua koreksi. Selama pengoperasian baterai, dimungkinkan untuk menggeser arus terbesar ke elemen yang terletak di bagian bawah blok, dan dalam kasus ionistor, pada prinsipnya, potensinya akan lebih kecil karena tegangan rendah. Juga, perbedaan signifikan termasuk perbedaan dalam sumber daya kerja - superkapasitor melayani sekitar 25-30% lebih lama, belum lagitingkat siklus tugas yang dapat dilakukan lebih tinggi.

Keuntungan mengoperasikan superkapasitor

Jika kita secara umum mempertimbangkan efek positif dari penggunaan superkapasitor daripada baterai, maka kualitas berikut akan muncul:

• Kepadatan energi superkapasitor yang tinggi memungkinkan superkapasitor digunakan pada perangkat elektronik sebagai sumber daya jangka pendek.
• Keamanan lingkungan. Tentu saja, komponen elektrokimia masih dipertahankan dalam desain, tetapi efek toksiknya terus berkurang.
• Kemungkinan menggunakan energi dari sumber terbarukan - angin, matahari, air, dan tanah.
• Perluasan peluang integrasi struktural baterai - misalnya, untuk pemeliharaan pembangkit listrik yang kompleks, mesin listrik hibrida, kendaraan berbahan bakar hidrogen, dll.

Perlu diperhatikan beberapa keunggulan superkapasitor dibandingkan dengan kapasitor konvensional. Ada beberapa dari mereka, tetapi kapasitas besar untuk penyimpanan energi pada dasarnya penting. Menurut indikator ini, tidak semua modifikasi ionistor dapat bersaing dengan baterai, tetapi dibandingkan dengan kapasitor dalam parameter kapasitas listrik, mereka yakin menang.

Ulasan positif untuk superkapasitor

Pengujian dan penerapan sebagian superkapasitor saat ini berlangsung di berbagai industri. Seperti yang ditunjukkan oleh ulasan tentang pengoperasian perangkat ini, mereka mengkonfirmasi pernyataan produsen tentang highkeandalan, keamanan lingkungan dan kapasitas tinggi. Apa yang sangat penting dari sudut pandang membandingkan superkapasitor dan baterai, yang pertama tidak begitu menuntut untuk menciptakan kondisi khusus selama penanganan fisik. Hal ini sebagian disebabkan oleh toksisitas komponen yang sama rendahnya, tetapi pada tingkat yang lebih tinggi, ergonomis pengoperasian disebabkan oleh tingkat perlindungan casing yang tinggi. Artinya, pengguna tidak perlu menyediakan perangkat khusus untuk perawatan superkapasitor dalam kondisi tersegel. Bobot yang rendah dan dimensi yang dioptimalkan juga memudahkan untuk melakukan operasi pemeliharaan rutin.

Ulasan negatif superkapasitor

Ada juga kelemahan kapasitor jenis ini, yang juga terlihat jelas dalam praktik. Secara khusus, pengguna menunjukkan kepadatan energi yang rendah, kinerja rendah, dan tingkat tegangan yang tidak selalu memadai, yang mengharuskan penggunaan beberapa elemen untuk melayani satu unit konsumen sasaran. Dalam banyak hal, kekurangan ini mencegah penggunaan superkapasitor daripada baterai saat ini, meskipun, sekali lagi, perkembangan teknologi lebih mungkin untuk memecahkan masalah ini.

Prospek pengembangan kapasitor

Menurut para ahli dan pengembang baterai, dalam waktu dekat kapasitor generasi baru akan digunakan di mana-mana. Ini akan menjadi mungkin karena peningkatan aktif dalam kapasitas spesifik perangkat. Ini sangat berhargamenambah dan meningkatkan karakteristik teknis dan struktural superkapasitor, yang terutama menyangkut dimensi dan berat. Pada saat yang sama, tes ionistor dengan kekuatan hingga 2,5 mW sudah diselenggarakan hari ini. Di masa depan, sistem tersebut dapat digunakan dalam pemeliharaan jaringan transportasi, fasilitas industri dan kompleks perumahan.

Kesimpulan

Konsep superkapasitor dianggap sebagai solusi optimal dalam situasi di mana ada kebutuhan jangka pendek untuk catu daya dengan muatan langsung. Sebagian, ini bertentangan dengan gagasan baterai elektrokimia, yang berfokus pada pemeliharaan daya jangka panjang dengan parameter tertentu. Tetapi apakah mungkin menggunakan superkapasitor sebagai pengganti baterai di dalam mobil, mengingat fitur operasional ini? Dengan tingkat kemungkinan yang tinggi, masalah otomotif tingkat lanjut akan menggunakan kapasitor berkapasitas tinggi, tetapi hanya dalam versi hibrida khusus yang menggabungkan kualitas positif superkapasitor seperti itu dan komponen elektrokimia tradisional. Misalnya, saat ini larutan tersebut digunakan dalam bentuk kombinasi struktur asam timbal elektrokimia dan superkapasitor.