Supercapacitors ทำงานอย่างไร

ในโพสต์นี้เราจะมาทำความเข้าใจว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์คืออะไรมีความคล้ายคลึงหรือแตกต่างกันอย่างไรกับตัวเก็บประจุธรรมดาที่ใช้และเราจะทำการเปรียบเทียบระหว่างแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์เพื่อดูว่าตัวไหนดีกว่ากัน

มาทำความเข้าใจพื้นฐานของตัวเก็บประจุธรรมดากัน

ตัวเก็บประจุธรรมดาทำงานอย่างไร

ตัวเก็บประจุเป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟซึ่งสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าสถิตจำนวนเล็กน้อยระหว่างวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและวัสดุอิเล็กทริก

เราสามารถชาร์จและคายประจุในอัตราที่รวดเร็วเนื่องจากคุณสมบัตินี้เราใช้เป็นตัวปรับแรงดันไฟฟ้าในวงจรจ่ายไฟทั้งหมด

ตัวเก็บประจุทั้งหมดมีข้อกำหนดบางอย่างที่เคลือบอยู่บนตัวเครื่องเช่นอุณหภูมิในการทำงานแรงดันไฟฟ้าและค่าของตัวเก็บประจุซึ่งโดยปกติจะมีตั้งแต่ pico-farads ไปจนถึง micro-farads เพียงไม่กี่พัน

ตัวเก็บประจุที่เราพบโดยทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ได้แก่ เซรามิกโพลีเอสเตอร์กระดาษ ฯลฯ ตัวเก็บประจุประเภทนี้มักจะมีความจุต่ำในช่วงพิโกฟาร์ดน้อยไปจนถึงน้อยกว่าไมโครฟารัด

ชนิดที่มีความจุสูงกว่าคือประเภทอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีความจุตั้งแต่ 0.1uF ไปจนถึงหลายพันไมโครไฟเบอร์

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเพิ่มความจุในการเก็บประจุโดยการเพิ่มเนื้อเยื่อที่แช่ด้วยอิเล็กโทรไลต์ทางเคมีบางส่วนเป็นอิเล็กทริกและด้านใดด้านหนึ่งด้วยอลูมิเนียมฟอยล์ดังแสดงในรูป

กองอลูมิเนียมและเนื้อเยื่อถูกรีดเป็นรูปทรงกระบอกและบรรจุอยู่ในโครงอะลูมิเนียม เส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนความสูงและความหนาของเนื้อเยื่อกำหนดพารามิเตอร์ต่างๆของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเป็นแบบโพลาไรซ์ซึ่งหมายความว่ามีขั้วแอโนดและขั้วแคโทดและเราไม่ควรเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายอินพุตกับตัวเก็บประจุเหมือนกับที่เราทำกับตัวเก็บประจุประเภทอื่น

Supercapacitors ทำงานอย่างไร

Supercapacitor เรียกอีกอย่างว่า Ultracapacitor หรือตัวเก็บประจุแบบสองชั้น ซูเปอร์คาปาซิเตอร์มีความสามารถในการจัดเก็บประจุมหาศาลและโดยปกติจะวัดเป็น Farad (โดยไม่มีคำนำหน้าไมโครหรือปิโกหรือนาโน)

supercapacitor มีตั้งแต่ไม่กี่ Farads ไปจนถึงไม่กี่พัน Farads ซึ่งแตกต่างจากตัวเก็บประจุทั่วไป supercapacitor มีแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าซึ่งโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 2.5V ถึง 2.7V

พวกเขาเชื่อมต่อแบบอนุกรมและการกำหนดค่าแบบขนานเพื่อเพิ่มปริมาณงานจากธนาคารตัวเก็บประจุ
ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ถูกนำมาใช้ในกรณีที่แบตเตอรี่ไม่สามารถจัดการกับงานที่กำหนดได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการเบรกใหม่ในทันทีในยานพาหนะ พลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าและเก็บไว้ชั่วขณะและนำกลับมาใช้เพื่อเร่งความเร็วของยานพาหนะ

กลไกนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของยานพาหนะ แต่การใช้แบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวการดักจับพลังงานจะไม่เต็มประสิทธิภาพ ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายกำลังทดลองใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ร่วมกับแบตเตอรี่และมีรายงานว่าประสิทธิภาพโดยรวมของระบบดีขึ้น

Supercapacitor มีรอบการชาร์จและการคายประจุที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปที่พบในสมาร์ทโฟนของเรามีรอบการชาร์จและการคายประจุประมาณ 1,000 รอบโดยที่ supercapacitor มีการชาร์จและการคายประจุมากกว่า 1 ล้านรอบ

แบตเตอรี่เสื่อมความสามารถในการทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อปล่อยแบตเตอรี่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเป็นเวลานาน supercapacitor ไม่มีขีด จำกัด ดังกล่าวสามารถไปจนถึงศูนย์โวลต์ได้

แต่การทิ้งตัวเก็บประจุไว้เป็นระยะเวลานานเช่นหนึ่งปีโดยไม่ชาร์จอาจทำให้ความสามารถในการกักเก็บประจุลดลงเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีบางอย่างระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ

การก่อสร้าง Supercapacitor:

การสร้างซุปเปอร์คาปาซิเตอร์นั้นมีพื้นฐานเหมือนกับตัวเก็บประจุทั่วไปเท่านั้นความแตกต่างคือประเภทของวัสดุที่ใช้และวิธีการบางอย่างใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการกักเก็บพลังงาน

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์มีแผ่นนำไฟฟ้าที่ด้านใดด้านหนึ่งของตัวคั่นที่แช่ในอิเล็กโทรไลต์และตัวคั่นเป็นวัสดุอิเล็กทริกที่บางมากซึ่งทำจากพลาสติกหรือคาร์บอนหรือกระดาษ

ตัวคั่นมีความบางมากเมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุธรรมดาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทไอออนระหว่างเพลต

supercapacitors บางครั้งเรียกว่า double-layer เนื่องจากเมื่อแผ่นเปลือกโลกทั้งสองด้านพุ่งขึ้นมันจะก่อให้เกิดประจุที่ด้านใดด้านหนึ่งของตัวคั่นดังแสดงในรูป

ถึงตอนนี้คุณจะมีความคิดเกี่ยวกับ supercapacitor และการทำงานพื้นฐานของมัน

แบตเตอรี่เทียบกับ Supercapacitor:

มาเปรียบเทียบความหนาแน่นของพลังงานและน้ำหนักในแบตเตอรี่และซุปเปอร์แคป

ลิเธียมไอออนและลิเธียมโพลิเมอร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่น ๆ ที่มีจำหน่ายทั่วไป นี่คือเหตุผลว่าทำไมสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาอื่น ๆ ของเราจึงถูกสร้างขึ้นด้วย li-ion / polymer

ความหนาแน่นของพลังงานของซูเปอร์แคปค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมจึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่พกพาเท่านั้น

Supercaps นั้นดีมากในการชาร์จและการคายประจุอย่างรวดเร็ว ไม่สามารถทำได้ด้วยแบตเตอรี่เนื่องจากความต้านทานภายในที่สูงขึ้นในแบตเตอรี่ทุกชนิด

หากเราพยายามปล่อยแบตเตอรี่เกินขีด จำกัด กระแสที่ปลอดภัยเราอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้ เนื่องจากแบตเตอรี่มีความต้านทานภายในและสร้างความร้อน พลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นเพียงพอที่จะสร้างความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ต่อความจุแบตเตอรี่

ในซุปเปอร์แคปความต้านทานภายในมีขนาดเล็กมากแม้จะน้อยกว่าความต้านทานภายในในแบตเตอรี่รถยนต์บางรุ่นซึ่งออกแบบมาเพื่อให้กระแสไฟฟ้าสูง โอกาสที่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ได้รับความเสียหายเนื่องจากความร้อนค่อนข้างต่ำ

แบตเตอรี่สามารถเก็บประจุได้เป็นระยะเวลานานมาก แต่สำหรับซุปเปอร์แคปแบบคายประจุเองเป็นปัญหาและไม่เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานไว้เป็นเวลานาน

ถึงเวลาสรุปแล้ว

แล้วอันไหนเหนือกว่ากัน? อาจไม่มีใครเหนือกว่ากัน แบตเตอรี่มีความสามารถในการพกพาที่ดี แต่ซูเปอร์แคปมีอัตราการชาร์จและการคายประจุที่สูงมาก ในตอนท้ายของวันนั้นขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันที่เราใช้และสิ่งนี้จะตัดสินว่าอันไหนเหมาะสมที่สุด

แจ้งให้เราทราบในส่วนความคิดเห็นคุณคิดว่าวันหนึ่งซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จะเปลี่ยนแบตเตอรี่เนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว