Superkondensatory — urządzenie, praktyczne zastosowanie, zalety i wady

Co to jest superkondensator

Superkondensatory lub superkondensatory przypominają zwykłe kondensatory elektrolityczne, chociaż różnią się od nich znacznie większą pojemnością elektryczną (kondensatory ekstremalnie duże). Pod względem swoich właściwości jonizator jest skrzyżowaniem baterii i kondensatora. Jego urządzenie można opisać jako kondensator z podwójną warstwą elektryczną, nie bez powodu superkondensatory nazywane są EDLC — Electric Double Layer Capacitor w angielskich zasobach.

Kondensator taki działa dzięki zachodzącym w nim procesom elektrochemicznym, a nie tylko dzięki polu elektrycznemu zmagazynowanemu w dielektryku między okładkami, jak w konwencjonalnym kondensatorze. Między okładkami nie ma klasycznej warstwy dielektrycznej, a same okładki zbudowane są z substancji różniących się nośnikami ładunku przeciwnego typu.

O ile pojemność kondensatora jest wprost proporcjonalny do powierzchni jego płyt; w celu uzyskania dużej pojemności konieczne jest posiadanie obszernej powierzchni płyt. Z tego powodu elektrody superkondensatora są zwykle wykonane ze spienionego węgla, co daje bardzo znaczną powierzchnię „płytek”.

Elektrody są oddzielone separatorem i znajdują się w stałym elektrolicie kwaśnym lub zasadowym. Separator eliminuje zwarcie między elektrodami. Krystaliczny elektrolit rubidu, srebra i jodu umożliwia tworzenie jonizatorów o dużej pojemności, niskim samorozładowaniu, odpornych na niskie temperatury.

Superkondensatory o niskiej rezystancji wewnętrznej uzyskuje się np. na bazie roztworu kwasu siarkowego, ale napięcie robocze takich superkondensatorów jest ograniczone do 1 wolta, ponadto takie roztwory są toksyczne, dlatego są rzadko stosowane.

Reakcja elektrochemiczna w superkondensatorze powoduje, że część elektronów opuszcza elektrody, co powoduje dodatnie ładowanie elektrod. Jony ujemne są przyciągane przez elektrolit do dodatnio naładowanych elektrod. Tworzy to warstwę elektryczną.

Dzięki temu ładunek superkondensatora magazynowany jest na styku węgla z elektrolitem, a grubość warstwy elektrycznej utworzonej przez kationy i aniony wynosi zaledwie 1-5 nm, co odpowiada bardzo małej odległości między okładkami kondensatora . Powoduje to znaczną pojemność mierzoną w faradach. Superkondensator jest polarny, dlatego po podłączeniu do obwodu należy zachować prawidłową biegunowość.

Zastosowanie superkondensatorów

Obecnie superkondensatory są często spotykane w technologii cyfrowej jako zapasowe źródła zasilania dla mikrokontrolerów, obwodów pamięci, układów CMOS, zegarów elektronicznych i nie tylko.

W połączeniu z akumulatorami superkondensatory mogą również zwiększyć wydajność i umożliwić zmniejszenie masy i rozmiaru akumulatorów, zapewniając dodatkową moc podczas szczytowych obciążeń.

Znajdując się na pozycji pośredniej między kondensatorami a akumulatorami, superkondensatory znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach: magazynowaniu energii w regeneracyjnych układach hamulcowych, zastosowaniach małej mocy i zastosowaniach szybkiego ładowania (błyskawica, odtwarzacz, pamięć itp.).

Przyszłość prawdopodobnie obejmie przenośne urządzenia elektroniczne, samochody elektryczne i wszystko, co działa dziś na baterie, z tą zaletą, że można je naładować w ciągu kilku minut. Superkondensatory są również niezastąpione, gdy wymagana jest duża liczba cykli ładowania-rozładowania w warunkach krótkotrwałego poboru mocy.

Wymieniamy dziś tylko niektóre obszary udanego zastosowania superkondensatorów:

• Energia wiatrowa,
• wyposażenie medyczne,
• redundantne zasilanie,
• rezerwa energii,
• rekuperacja energii hamowania,
• żywność dla elektroniki użytkowej i sprzętu kuchennego,
• zasilanie diod i czujników,
• pamięć zapasowa,
• utrzymanie zasilania zamków elektronicznych,
• stabilizacja napięcia.

Zalety i wady

Wady superkondensatorów obejmują niskie napięcie robocze (do 2,7 V na ogniwo, co prowadzi do konieczności gromadzenia superkondensatorów w bateriach) oraz dość wysoką cenę w porównaniu do baterii i kondensatorów.

Pozytywne cechy superkondensatorów: szybkość ładowania i rozładowania, żywotność setek tysięcy cykli, bezobsługowość, mały rozmiar i waga, łatwość obsługi, szeroki zakres temperatur pracy, długa żywotność.

Zobacz też: Jaka jest różnica między bateriami a kondensatorami