Закрити

  Авторизація

Логін
Пароль
Запам'ятати на 2 тижні?

Забули пароль?
Якщо ви незареєстровані, пройдіть реєстрацію
Останні новини
Останні новини
Про необхідність згортання вугільної енергетики заявили 25 країн, міст та штатів
17.11.2017р.

За день до закінчення кліматичних переговорів ООН у...

€130 млн для модернізації підстанцій
17.11.2017р.

Європейський інвестиційний банк (ЄІБ) виділить НЕК...

Українці придумали магнітні адаптери для ламп – потрібну суму на Kickstarter зібрали за 2 години
16.11.2017р.

Українська команда вивела на платформу зі збирання...

Ціна продажу електроенергії у ГРЕ зменшилася на 4.6%
16.11.2017р.

Середня ціна продажу електроенергії виробниками в...

Опитування
Опитування

Вам подобається оновлений портал?

9118
15.02.2010р. |
Джерело енергії – суперконденсатор

Свою назву «супер» ці конденсатори одержали завдяки величезній ємності, що приблизно на три порядки більша, ніж у звичайних конденсаторів таких самих габаритів. Разом з тим суперконденсатори залишаються традиційними двовиводними електронними компонентами. Суперконденсатори завдяки наноматеріалам з величезною питомою поверхнею набули небувалої електричної ємності – до декількох сотень фарад.

Суперконденсатори мають дуже велику енергоємність і є батареєю конденсаторних елементів, розміщених у герметичному корпусі. Енергоємність нового джерела струму від 1 до 100 кДж при щільності енергії 0,5–2,5 Дж/см3 залежно від застосування й конструктивного виконання. Номінальна напруга заряду батареї може бути в межах від одиниць до сотень вольтів шляхом послідовного набору необхідної кількості елементів. Ємність елементів перекриває діапазон від 1 до 2000 Ф при мінімальній величині внутрішнього опору близько 0,001 Ом. Цих унікальних характеристик можна досягти тільки за допомогою нанотехнологій. Ємність сучасних суперконденсаторів і батарей на їх основі вже становить від одиниць до 10000 Ф. Вони мають ультратонкий двійний електричний шар товщиною всього d≈1 нм і гігантську площу розподілених у їх об’ємі дисперсних електродів. Як електродні матеріали в СК використовують пористі наноструктуровані речовини із внутрішньою поверхнею до 1000...3000 м2/м.

Переваги цього джерела енергії: значно менший час, необхідний на перезарядження, і на декілька порядків більша кількість циклів заряду-розряду. Новий імпульс розвитку суперконденсаторів додало відкриття вуглецевих нанотрубок, за допомогою яких стало можливим одержувати електроди з величезною питомою поверхнею. Як електроди вже починають використовувати нановугільні матеріали з дуже високою питомою поверхнею (порядку 1000 м2/г), що дає змогу реалізувати надвисоку питому ємність – до 10 Ф/см3. Велика ємність також досягається за рахунок максимізації ефективної площі обкладок і зменшення ефективної відстані між ними до декількох нанометрів. У більшості представлених на ринку суперконденсаторів електроди виконані з вуглецю (гранульованого або порошкового). Між ними розташований роздільник, просочений електролітом (водним або органічним розчином) з високою концентрацією рухомих іонів. При контакті електрода з електролітом із двох сторін їх міжфазної межі формуються шари з надлишковими носіями протилежної полярності. Міжфазна межа розділу двох матеріалів товщиною всього кілька нанометрів слугує діелектриком конденсатора.

Порівняльні характеристики джерел струму


Джерело струму

Енергетична потужність (Вт·год./кг)

Термін роботи (кількість циклів заряд – розряд)

Свинцево-кислотні акумулятори

30

300

Нікель-кадмієві (Ni-Cd)

40-60

1500

Нікель-металгідридні (Ni-Мн)

75

500

Іонно-літієві акумулятори (Li-OH)

100

500

Полімерно-літієві акумулятори

175

150

Хоча суперконденсатори не можуть поки що замінити акумулятор транспортного засобу, їхнє застосування значно розширює можливості системи живлення, поліпшуючи стартові властивості при низьких температурах (завдяки більшому пусковому обертовому моменту), стабілізуючи напругу системи живлення й зберігаючи енергію, виділювану при гальмуванні. У загальному випадку в системі живлення транспортних засобів доцільно застосовувати суперконденсатори, час заряду/розряду яких становить 5–60 с.

Взагалі то, суперконденсатор не відрізняється від звичайного електричного конденсатора, і значення його ємності розраховується за відомою формулою. Більша ємність досягнута за рахунок максимізації ефективної площі обкладок і зменшення ефективної відстані між ними до декількох нанометрів. У більшості представлених на ринку суперконденсаторів електроди виконані з вуглецю (гранульованого або порошкового). Між ними розташований роздільник, просочений електролітом (водним або органічним розчином) з високою концентрацією рухливих іонів (див. рис.). При контакті електрода з електролітом із двох боків їх міжфазної межі формуються шари з надлишковими носіями протилежної полярності. Міжфазна межа розділу двох матеріалів товщиною всього кілька нанометрів слугує діелектриком конденсатора. Таким чином, конденсаторний елемент утворять два шари з надлишковою концентрацією носіїв і межа їх розділу. Звідси друга назва суперконденсаторів – електрохімічні двошарові конденсатори. З іншого боку роздільника формується точно така сама структура, але з протилежною полярністю носіїв в шарах, що її утворюють. Таким чином, практично один компонент поєднує два послідовних конденсатори з різними значеннями послідовного опору.

Основна відмінність суперконденсатора від акумулятора в тому, що в нього запасання й віддача електричної енергії відбувається не внаслідок електрохімічних реакцій, як в акумуляторі. Нагромадження енергії йде в подвійному електричному шарі, на негативному електроді конденсатора. Один електрод суперконденсатора – позитивний (але не свинцевий, а металокерамічний), він дає змогу здійснювати заряд-розряд з дуже високою швидкістю. Другий електрод, негативний, виконаний з вуглецевого матеріалу з дуже великою питомою поверхнею, і саме в ньому нагромаджується електроенергія величезної ємності. Питома вага основного матеріалу суперконденсаторів, вугільних волокон з нанотрубок, дуже мала, в 16 разів менша, ніж у свинцю. Тому джерела струму на їх основі є набагато легшими, ніж стандартні акумулятори.

«Гібридні» автобуси, вантажівки і легкові автомобілі, які використовують електропривод, потребують як акумулювання, так і оптимально дозованої подачі необхідної енергії. Завдання створення оптимального живлення електропривода нині можна вирішити двома способами: використовувати акумулятор або джерело живлення, здатне забезпечити великий імпульс струму (наприклад, велика акумуляторна батарея), або приєднати паралельно до менш потужної батареї суперконденсатор («гібридне» рішення акумулятор + суперконденсатор). Річ у тому, що загальний рівень щільності енергії батарей високий, а щільність їхньої потужності мала, тоді як у суперконденсаторів, навпаки, щільність енергії мала, а щільність потужності дуже велика. Робоча напруга більшості суперконденсаторів рівна 2,3–2,5 В. Вони добре витримують короткочасні перевантаження за напругою, але перевищення значення робочої напруги протягом тривалого періоду може призвести до розкладання електроліту. Зараз почався випуск суперконденсаторів з робочою напругою 3–4 В. Створення електрохімічних суперконденсаторів надвисокої ємності передбачає різні галузі їх застосування, але, в першу чергу, це системи стартерного пуску двигунів внутрішнього згоряння й швидкозарядні тягові батареї для перспективного електротранспорту.

Одна з галузей застосування суперконденсаторів, де їх переваги можуть розкритися повною мірою, – це пристрої згладжування стрибків напруги. Наприклад, компенсатори пікових навантажень, які можна ефективно використовувати на електропідстанціях в оперативній мережі постійного струму, де є оливні вимикачі з електромагнітним приводом, у силових колах живлення потужних електродвигунів, соленоїдів постійного струму, у генераторних установках для одержання потужних імпульсів струму.

Такі пристрої компенсують перевантаження імпульсного характеру в колах постійного струму при вмиканні потужних навантажень, а також розвантажують основне джерело живлення від перевантажень, що дає змогу до двох разів знизити ємність і уніфікувати застосовувані акумуляторні батареї. Принцип роботи пристроїв компенсації ґрунтується на нагромадженні електричного заряду в суперконденсаторах і видачі імпульсу струму при виникненні в мережі імпульсу навантаження. Компенсатори пікових навантажень внаслідок цього мають велику електричну ємність у десятки Фарад і низький внутрішній опір – декілька млОм. Завдяки цьому забезпечується підтримування напруги в мережі на заданому рівні й джерело живлення звільняється від пікових навантажень. Можна підібрати комплект суперконденсаторів для будь-якого навантаження, тим самим не переплачуючи за зайвий енергозапас. Енергозапас однієї секції компенсаторів зазвичай, розрахований на три цикли вмикання/вимикання електромагнітного приводу струмом до 100 А в інтервалі 20% спадання напруги без участі акумуляторної батареї.

Головна проблема широкого застосування нових джерел енергії криється в досить високій вартості джерел живлення. На жаль, поки ціна тягової батареї дорівнює або навіть перевищує вартість самого транспортного засобу. Але з кожним роком збільшується виробництво суперконденсаторів, поліпшуються їхні характеристики. Уже нині можна говорити про економічно виправдане застосування суперконденсаторних батарей на міському транспорті – в електромобілях нового типу. Для електротранспорту суперконденсатори є найбільш оптимальними джерелами живлення. У розробках електромобілів конструктори передбачають використання саме суперконденсаторів.

Але не тільки потужність суперконденсаторів приваблива для споживачів. Австралійські розробники створили «суперконденсатор» для живлення мобільних пристроїв. На відміну від звичайних акумуляторів, які вимагають значного часу зарядки, «суперконденсатор» може заряджатися й розряджатися за дуже короткий час, а його використання як джерело живлення може значно збільшити термін роботи мобільного пристрою без підзарядки. Новий блок живлення може бути заряджений (або розряджений) за кілька секунд. Звичайно, за ємністю «суперконденсатор» уступає звичайним літієвим акумуляторам, але зате він набагато швидше заряджається. У мобільних пристроях, що працюють у «пульсуючому» режимі з короткими імпульсами струму (~500 мкс) амплітудою до 2 А при частоті повторення 4 мс і зі значно меншими значеннями струму в проміжку між ними, вмикання суперконденсатора паралельно з батареєю дає змогу значно збільшити термін її роботи. У цьому випадку гібридна батарея «не реагує» на імпульсне навантаження, що дає змогу використовувати її ефективніше. Крім того, конденсатор може розряджатися при вищих рівнях напруги, ніж батарея. Завдяки цьому поліпшується ККД ВЧ підсилювача потужності слухавки. У тих випадках, коли необхідно забезпечити більшу потужність джерела живлення GSM-приймача, незважаючи на його габарити (наприклад, у телеметричних системах), об'єднання батареї й суперконденсатора доцільно, оскільки дає змогу значно підвищити ефективність джерела живлення.

За матерілами Всеукраїнської галузевої газети "Електротема"

http://www.eltema.com.ua/

Теги та ключові фрази
Нові види суперконденсаторів, креденсатори як джерела енергії, конденсатори на три електроди великы, Kуплю kоHдисатори, суперконденсатори, Робочі кондисатори, кондисатори робочі для електродвигуна купити, кондисатори великі ціни, гібридні суперконденсатори - нікель, нікель гібридні суперконденсатори


Поділіться цією інформацією в соцмережах, дякуємо за популяризацію порталу:
Також Ви можете:

Додати до закладок Підписатись Версія для друку




Інші статті
17.11.2010р.

Електричні щити 2

Електричний щит - це початок всієї електричної частини будівлі, і не важливо, що це - величезний завод у мегаполісі або скромний будиночок у селі. Скрізь є електричні щити

18.08.2010р.

Пристрій для плавного пуску електродвигуна

Одним із самих головних недоліків асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором є наявність у них великих пускових струмів. І якщо теоретично методи їх зниження були добре розроблені вже досить давно, то ось практично всі ці розробки застосовувалися дуже в рідкісних випадках

Муж вернулся! Приняла - Научная публикация. Статья ВАК написание на заказ.
При використанні матеріалів посилання на www.proelectro.info (для інтернет ресурсів з гіперссилкою) обов'язкове.