Суперконденсаторы: принцип действия, достоинства, применение и перспективы
Суперконденсаторы, или электрохимические конденсаторы - относительно новый класс электротехнических устройств для накопления и быстрой отдачи электроэнергии. Несмотря на схожее название, принцип работы суперконденсаторов значительно отличается от обычных конденсаторов. По сути, это гибрид конденсатора и аккумулятора, сочетающий в себе лучшие качества тех и других.
Устройство и принцип работы
Суперконденсатор состоит из двух пористых электродов, разделенных мембраной-сепаратором. В качестве электродов часто используется активированный уголь с очень развитой внутренней поверхностью (до 2000 м2 на 1 грамм угля). Между электродами расположен нейтральный водный электролит.
При подаче напряжения на электроды на границе раздела электрод-электролит возникает двойной электрический слой. В нем происходит разделение и накопление положительных и отрицательных ионов. Этот механизм и обеспечивает запасание электроэнергии в суперконденсаторе.
В отличие от батарей и аккумуляторов, где энергия запасается в результате медленных окислительно-восстановительных реакций, в суперконденсаторах все процессы обратимы и происходят практически мгновенно. Это ключевое отличие позволяет им заряжаться и разряжаться за секунды, в то время как зарядка батарей занимает часы.
При выборе устройства важно изучить таблицу аналогов суперконденсаторов с указанием основных технических характеристик.
Плюсы и минусы
У суперконденсаторов есть ряд важных преимуществ по сравнению с аккумуляторами:
- высочайшая удельная мощность и огромная ёмкость;
- возможность миллионов циклов зарядки без потери ёмкости;
- быстрая зарядка и разрядка - за секунды;
- широкий диапазон рабочих температур;
- высокий КПД до 98%;
- долгий срок службы - до 20 лет.
Но есть и недостатки: высокая стоимость, невысокое рабочее напряжение одной ячейки (максимум 2,85 В), необходимость использования системы активного балансирования напряжения отдельных элементов и возможность возгорания электролита при перегреве.
Применение
Благодаря высокой удельной мощности, долговечности и быстрой зарядке, суперконденсаторы активно применяются в таких областях:
- источники бесперебойного питания - для компенсации кратковременных сбоев в электроснабжении;
- электротранспорт - рекуперация энергии торможения, системы ускорения;
- ветрогенераторы и солнечные электростанции - для аккумулирования вырабатываемой ими энергии;
- промышленность - компенсация реактивной мощности, источники аварийного питания.
Возможности суперконденсаторов поражают. Например, с их помощью за 4 секунды можно запасать энергии больше, чем выдает двигатель автомобиля мощностью 120 л.с. за целый час. Это открывает широкие горизонты для применения суперконденсаторов в самых разных областях.