Kondensaatoritel on mitmeid suurepäraseid omadusi. Näiteks salvestavad nad energiat elektrilaengu, mitte keemilise energia kujul. See võimaldab tavaliselt peaaegu kohest laadimisaega ja väga suurt tippväljundvoolu. Nad võivad vastu pidada sadu tuhandeid laadimis-tühjendustsükleid, mitte aga sadu tsükleid täistsükliga akude puhul. Milles siis probleem on?
Aku tagab pika kasuliku eluea jooksul üsna konstantse pinge. Sõltuvalt seadmest võib teil esineda jõudlusprobleeme peaaegu tühjenemise ajal. Näiteks nutitelefonid lähevad energiasäästurežiimi. See ei ole ainult selleks, et need veidi kauem töökorras oleksid, vaid ka selleks, et vältida ootamatuid väljalülitumisi.
Nagu näete, langeb pinge aku tühjenedes. Teie telefonis on võimsusmuundamise vooluring, mis on osa üldisest energiahaldusest ja teisendab mitte eriti konstantse akutoite väga rangelt reguleeritud süsteemivõimsuseks (tõenäoliselt hunnikuks erinevaid pingeid). Pange tähele, et siin on oluline seos: võimsus = voolutugevus * pinge. Seega, et hoida sama võimsust pinge langedes, peab minu vooluring tarbima rohkem voolu.
Igal akul on väike sisetakistus ja tänu teisele seosele, mida nimetatakse Ohmi seaduseks, on teada, et akus toimub teatav pingelangus. Joonisel on Vout = V0 − r∗I, kus I on voolutugevus. Seega, kui minu V0 langeb ja minu toitehaldusahel peab sama võimsuse tagamiseks rohkem voolu tarbima, langeb aku väljundpinge veelgi kiiremini. See piirab aku maksimaalset voolutugevust ja tähendab ka seda, et see langeb üsna kiiresti, kui see on peaaegu ammendunud.
Kuid kondensaatori väljundpinge, tippvool ja koguvõimsus langevad aja jooksul eksponentsiaalselt. Kondensaatoril on üks eelis: see salvestab elektrilaengut, selle asemel et muuta elektrilaeng keemiliseks laenguks nagu aku puhul, seega kuigi sisemine takistus on olemas, on see väike ja seda võib tavaliselt ignoreerida. Kondensaatorid võivad lühikese aja jooksul pakkuda väga-väga suuri voolusid.
Aga millegi toiteks on need problemaatilised. Tuletage meelde minu soovi hoida oma toitehaldussüsteemi konstantset võimsust ja et võimsus = vool * pinge. Kui meie pinge langeb kiiresti, peame sama võimsuse tagamiseks selle kompenseerima kiiresti kasvava vooluga. Väga suured voolud muudavad vooluringi palju kallimaks, muudavad võimsusmuundamise komponendid suuremaks, suurendavad võimsuskadu trükkplaatidel jne... sama põhiprobleem on akul lõpupoole, ainult et see hakkab juhtuma kondensaatori kasuliku energia salvestamise eluea alguses. Ja kondensaatori tühjenedes langeb ka tippvool, mis on endiselt suhteliselt kõrge.
Teine probleem on see, et tänapäevastel superkondensaatoritel on palju madalam erienergia kui akudel. Parimad turul olevad superkondensaatorid suudavad pakkuda 8–10 Wh/kg, enamik pigem 5 Wh/kg. Parimad liitiumioonakud annavad ligi 200 Wh/kg, paljud formulatsioonid võivad ulatuda üle 100 Wh/kg. Seega on superkondensaatorite kasutamiseks vaja umbes 20 korda suuremat kaalu. Kuid võib-olla ka rohkem, kuna mingil hetkel tühjenemise ajal langeb pinge olenevalt rakendusest liiga madalale, et seda kasutada, jättes energia kasutamata. Samuti on superkondensaatoritel erinevalt traditsioonilisematest kondensaatoritest ka suhteliselt kõrge sisetakistus. Seega ei saa nad tingimata toetada pinge ja voolu vahetamist.
Siis on veel isetühjenemine: kui kiiresti energia salvestusseadmest „lekib“. Ainsad NiMh-akud on vastupidavad, kuid isetühjenemine ulatub kuni 20–30% kuus. Liitiumioonakud vähendavad seda umbes <2%-ni kuus, olenevalt konkreetsest liitiumioontehnoloogiast, mõnes süsteemis võib-olla 3%-ni, olenevalt aku jälgimise üldkuludest. Tänapäeva ultrakondensaatorid langetavad esimese kuu jooksul kuni 50%. See ei pruugi iga päev laetava seadme puhul oluline olla, kuid see piirab kondensaatorite ja akude kasutusvõimalusi absoluutselt, vähemalt seni, kuni luuakse paremad konstruktsioonid.
Ja kuna neid on vaja nii palju, võib superkondensaatorite praegune hind olla 6–20 korda suurem kui akude oma. Kui teie rakendus vajab väga väikest väljundvõimsust, eriti väga lühikeste suurte vooluimpulsside korral, võib ultrakondensaator olla üks võimalus. Vastasel juhul ei saa sellest lähitulevikus akut asendada.
Suure voolutarbega rakenduste, näiteks elektriautode puhul, pole see eraldiseisva seadmena veel eriti otstarbekas kaaluda. Kuigi süsteemid, mis kasutavad nii superkondensaatoreid kui ka akusid, võivad olla veenvad, kuna nende erinevused täiendavad teineteist väga hästi – kondensaatori suur vooluülekanne ja pikk eluiga võrreldes aku kõrge erienergia/energiatihedusega. Ja palju paremate superkondensaatorite ja akude väljatöötamiseks tehakse palju tööd. Seega võib-olla võtab ultrakondensaator kunagi enda kanda rohkem tüüpilisi akuülesandeid.
Artikkel pärit aadressilt: https://qr.ae/pCacU0
Postituse aeg: 06.01.2026