Самая большая емкость конденсатора: максимальные значения и рекордные показатели

Какие существуют виды конденсаторов с самой большой емкостью. Как достигаются рекордные значения емкости в суперконденсаторах. Каковы перспективы развития технологий накопителей энергии на основе конденсаторов.

Виды конденсаторов с максимальной емкостью

Среди всех типов конденсаторов наибольшей емкостью обладают следующие виды:

• Электролитические конденсаторы
• Суперконденсаторы (ионисторы)
• Двухслойные электрохимические конденсаторы
• Псевдоконденсаторы
• Гибридные суперконденсаторы

Рассмотрим подробнее особенности и характеристики каждого из этих типов накопителей энергии.

Электролитические конденсаторы: классика высокой емкости

Электролитические конденсаторы используются уже более 100 лет и до сих пор остаются одним из самых распространенных типов конденсаторов высокой емкости. Их основные преимущества:

• Относительно низкая стоимость
• Компактные размеры при высокой емкости
• Широкий диапазон рабочих напряжений (до сотен вольт)
• Большой срок службы (до 10-15 лет)

Максимальная емкость современных электролитических конденсаторов достигает 2,7 миллиона микрофарад (2700000 мкФ). Такие конденсаторы применяются в мощных источниках питания, инверторах, импульсных преобразователях.

Суперконденсаторы: рекордсмены по емкости

Суперконденсаторы (также известные как ионисторы или ультраконденсаторы) обладают самой высокой удельной емкостью среди всех типов конденсаторов. Их основные особенности:

• Огромная емкость — до нескольких тысяч фарад
• Очень быстрая зарядка и разрядка
• Большое количество циклов заряд-разряд (миллионы)
• Высокая удельная мощность

Рекордная емкость серийно выпускаемых суперконденсаторов достигает 3400 фарад. Такие накопители энергии применяются в электромобилях, системах рекуперации энергии, источниках бесперебойного питания.

Двухслойные электрохимические конденсаторы: основа суперконденсаторов

Двухслойные электрохимические конденсаторы (EDLC) являются основным типом суперконденсаторов. Их принцип работы основан на образовании двойного электрического слоя на границе раздела электрод-электролит. Ключевые характеристики:

• Высокая удельная емкость — до 200-300 Ф/г
• Быстрая зарядка-разрядка
• Большой срок службы — миллионы циклов
• Широкий температурный диапазон

Емкость промышленных EDLC достигает 3000 Ф. Они широко применяются в гибридных накопителях энергии, системах рекуперативного торможения транспорта, импульсных источниках питания.

Псевдоконденсаторы: химия на службе емкости

Псевдоконденсаторы сочетают принципы работы обычных конденсаторов и аккумуляторов. В них происходят обратимые окислительно-восстановительные реакции на поверхности электродов. Особенности псевдоконденсаторов:

• Сверхвысокая удельная емкость — до 1000 Ф/г
• Большая энергоемкость
• Ограниченное количество циклов заряд-разряд
• Высокая стоимость

Максимальная емкость лабораторных образцов псевдоконденсаторов превышает 10000 Ф. Однако их промышленное применение пока ограничено из-за высокой стоимости и недостаточной стабильности характеристик.

Гибридные суперконденсаторы: лучшее от разных технологий

Гибридные суперконденсаторы сочетают в себе преимущества различных типов накопителей энергии. Наиболее перспективны литий-ионные гибридные конденсаторы. Их ключевые особенности:

• Высокая удельная энергия — до 20 Вт*ч/кг
• Большая удельная мощность — до 10 кВт/кг
• Широкий диапазон рабочих напряжений
• Длительный срок службы — сотни тысяч циклов

Емкость серийных литий-ионных гибридных конденсаторов достигает 3400 Ф. Они находят применение в гибридном и электрическом транспорте, возобновляемой энергетике, бытовой электронике.

Рекордные значения емкости конденсаторов

Максимальные значения емкости, достигнутые для различных типов конденсаторов:

• Электролитические конденсаторы — 2,7 млн мкФ (2700 Ф)
• Суперконденсаторы — 3400 Ф
• Двухслойные конденсаторы — 3000 Ф
• Псевдоконденсаторы — более 10000 Ф (лабораторные образцы)
• Гибридные конденсаторы — 3400 Ф

Рекордная емкость экспериментального суперконденсатора, созданного учеными из Университета Квинсленда (Австралия), составила 4000 Ф. Однако этот результат пока не удалось воспроизвести в промышленных масштабах.

Технологии повышения емкости конденсаторов

Для достижения максимальной емкости в современных конденсаторах применяются следующие технологии:

• Использование наноструктурированных электродных материалов с огромной удельной поверхностью
• Применение новых типов электролитов с высокой ионной проводимостью
• Создание композитных электродов, сочетающих разные механизмы накопления заряда
• Оптимизация геометрии и конструкции электродов
• Использование графена и других 2D-материалов

Эти подходы позволяют постоянно увеличивать емкость конденсаторов при сохранении компактных размеров.

Перспективы развития высокоемкостных накопителей энергии

Основные направления совершенствования конденсаторов с высокой емкостью:

• Повышение удельной энергоемкости до 50-100 Вт*ч/кг
• Увеличение рабочего напряжения до 4-5 В
• Снижение внутреннего сопротивления
• Улучшение температурных характеристик
• Повышение стабильности параметров при циклировании
• Снижение стоимости производства

Эксперты прогнозируют, что в ближайшие 5-10 лет емкость промышленных суперконденсаторов может достичь 10000 Ф и более. Это откроет новые возможности для их применения в энергетике, транспорте и других отраслях.

можно ли его заменить на

Что если использовать электролитический конденсатор вместо аккумулятора? Такое возможно, но есть одно слишком серьёзное препятствие — телефоны и электромобили с таким источником автономного питания не смогут «держать заряд».

Вопрос заслуживает внимания научного сообщества, он рассматривается и сейчас на уровне инженерных проектов/экспериментов и даже когда-то применялся на практике.

Производители всерьёз рассматривают в качестве альтернативы аккумуляторам так называемые двойные электрохимические ионисторы — здесь и далее в контексте суперконденсаторы (или «супер-конденсаторы», как печатают некоторые издания). Но пока на текущем уровне технологического прогресса это допустимо лишь в определённых областях. Но пока на текущем уровне технологического прогресса это допустимо лишь в определённых областях.

В чём плюсы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

• • Мгновенно. Ионистор отлично справляется с пиковым пусковым током, накапливая и отдавая энергию практически мгновенно.
• • Быстро. Заряжается не за час-другой, а за считанные секунды (поэтому, например, NASA применяет суперконденсаторы в космосе).
• • Безопасно. Накапливает заряд на твёрдых телах, когда как литиевые батареи — в процессе химических реакций (обычно жидкостных).
• • Надёжно. Коммерческие суперконденсаторы гарантируют 1 миллион циклов заряда, когда как обычные аккумуляторы — в среднем 800-1200 циклов.
• • КПД. Суперконденсаторы отдают энергию с эффективностью порядка 98%.
• • Выносливо. Устойчивость к экстремальным температурам и физическим повреждениям.

В чём минусы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

• • Низкая ёмкость. Самый большой коммерческий суперконденсатор в фарадах (F) накапливает лишь 20% от электрической энергии в сравнимой батарее.
• • Не держит. Аккумуляторы предлагают намного больше плотности энергии на единицу массы, обеспечивая долгую автономность без внешнего питания.
• • Саморазряд. Степень саморазряда существенно превышает таковую у самого слабого аккумулятора.
• • Малоприменим. В итоге даже самый мощный суперконденсатор (обеспечивающий лучшую величину энергии) не сможет дольше минуты питать «аварийку» у заглушенного автомобиля и подсветку экрана у работающего телефона.

Почему суперконденсатор вместо аккумулятора на практике используют так редко?

1. У них разные цели

В аккумуляторе намного больше запасается энергии, а это самая важная его цель — не разряжаться как можно дольше в бытовых приборах, в потребительской электронике и автомобилях.

2. У конденсатора саморазряд

В аккумуляторах он тоже есть, но в значительной меньшей степени проявляется. Суперконденсаторы быстро заряжаются и быстро отдают заряд — для длительного хранения энергии они не подходят ещё и по причине утечек.

3. Разное напряжение

В то время, пока аккумулятор поддерживает ваш телефон в рабочем состоянии, напряжение практически не меняется. Конденсатор изменяет напряжение в зависимости от накопленного заряда — цифры меняются в значительных пределах, что неприемлемо для чувствительной мобильной электроники, например.

→ В этой статье мы рассматриваем тему суперконденсаторов в максимально упрощённом варианте для массовой публики.

Польза ионисторов в регистраторах

Если вас интересует, например, подробная возможность установки конденсаторов вместо аккумуляторов в RAID-контроллерах, то напишите об этом в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Теги: Новые технологии Необычное Научно-популярное Мощный аккумулятор

Применение миниатюрных суперконденсаторов может значительно повысить срок службы портативных электронных устройств. » DailyTechInfo

Использование миниатюрных суперконденсаторов (конденсаторов большой емкости) в качестве замены аккумуляторных батарей может значительно повысить срок службы будущих мобильных телефонов, портативных компьютеров и другой электронной техники. Это, вероятно, станет возможным благодаря исследованиям, проведенным группой ученых из университета Дрексела (Drexel University) в Филадельфии, которые разработали новую технологию производства миниатюрных суперконденсаторов, используя методику микрообработки материалов, подобную которой используют для производства микрокристаллов полупроводниковых электронных приборов.

Аккумуляторные батареи накапливают энергию, используя химические реакции между реактивами, входящими в состав их электролита. Благодаря этому они обычно имеют большую энергетическую емкость, чем конденсаторы. Но конденсаторы накапливают энергию просто в виде электрического заряда, не подвергая изменениям свою внутреннюю структуру. Именно поэтому они могут без потери емкости вынести миллионы циклов зарядки и разряда, в то время как аккумуляторные батареи выдерживают от тысячи до нескольких тысяч таких циклов.

Технология производства миниатюрных суперконденсаторов, совместно разработанная Юрием Гоготци (Yury Gogotsi) из университета Дрексела и Джоном Чмиола (John Chmiola), химиком из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, заключается в травлении электродов из углеродистой пленки, нанесенной на подложку из карбида титана. Полученная таким образом поверхность электродов (обкладок) конденсаторов имеет большую площадь, благодаря чему новые суперконденсаторы имеют емкость в два раза выше, чем изготовленные по другой технологии конденсаторы большой емкости. В два раза большая емкость конденсатора подразумевает то, что конденсатор сможет накопить в два раза больше энергии.

Встраивая такие микроконденсаторы большой емкости прямо в схемы электронных устройств можно значительно уменьшить габариты и вес этих устройств. Помимо этого, благодаря уникальным электрическим свойствам суперконденсаторов, эти электронные устройства будут функционировать дольше не вызывая потребности замены старой аккумуляторной батареи на новую. Такие конденсаторы большой емкости, работающие параллельно с обычными аккумуляторными батареями, смогут найти применение в системах хранения энергии, полученной от возобновляемых источников энергии, значительно повышая ресурс аккумуляторных батарей.

В дальнейших планах ученых, которые продолжают работу по совершенствованию разработанной технологии, на первом плане стоит достижение емкости суперконденсаторов, сопоставимой с емкостью аккумуляторных батарей сходных габаритных размеров. Они надеются, что как только это им удастся, принимая во внимание практически неисчерпаемый ресурс конденсаторов, рынок электронных устройств, электрических автомобилей и беспилотных летательных аппаратов ожидает «аккумуляторная» революция.

Ключевые слова:
Конденсатор, Суперконденсатор, Емкость, Заряд, Энергия, Аккумуляторная, Батарея, Замена, Питание, Электронное, Устройство, Мобильный, Телефон

Первоисточник

Другие новости по теме:

Разработан новый тип твердотельного конденсатора, объединяющий лучшие свойства суперконденсаторов и аккумуляторных батарей.

Ионные «магистрали» в электродах аккумуляторных батарей позволят им заряжаться за считанные секунды

Новый тип суперконденсаторов сможет вытеснить аккумуляторные батареи в системах хранения большого количества энергии

Использование кремниевых нанопроводников позволяет утроить емкость и сократить время зарядки аккумуляторной батареи до 10 минут

Исследователи создали сверхмощное средство аккумулирования энергии — микросуперконденсатор.

Добавить свое объявление
Загрузка…

Murata представляет 3-контактный многослойный керамический конденсатор с самым высоким значением емкости для смартфонов размером 0402 дюйма | Новости о продуктах

1. ДОМ
2. Новости о продуктах
3. Murata представляет 3-контактный многослойный керамический конденсатор с самым высоким значением емкости для смартфонов размером 0402 дюйма.

• Конденсатор

06.06.2018

Обзор

Компания Murata Manufacturing Co., Ltd. представила 3-контактный многослойный керамический конденсатор с самым высоким значением емкости размером 0402 дюйма (1,0 мм × 0,5 мм) для развязки в смартфонах. Этот продукт имеет самую высокую в мире емкость (14 мкФ) в этом размере и в первую очередь предназначен для использования в линиях питания APU ^*1 . Отгрузка образцов этого продукта уже началась, а массовое производство запланировано на июнь 2018 года.

Дополнительные примечания

В цепи питания процессора используется развязывающий конденсатор для уменьшения импеданса, тем самым подавляя колебания напряжения питания и повышая стабильность. По мере увеличения скорости обработки (рабочей частоты) процессора требуется подавление импеданса в широкой полосе частот.
Многослойный керамический конденсатор с 3 выводами имеет более низкий ESL ^*2 , чем у обычного двухвыводного многослойного керамического конденсатора, поэтому он может снизить импеданс в диапазоне высоких частот с меньшим количеством компонентов. Использование этой характеристики привело к более широкому внедрению в смартфоны и другие устройства, где требуется компактность и высокая плотность установки высокоскоростных процессоров.
В этом продукте используется передовая технология для MLCC ^*3 для достижения самой высокой в ​​мире емкости 14 мкФ в размере 0402 дюйма. Продукт будет способствовать дальнейшему повышению компактности и высокой плотности размещения в смартфонах.

Номер детали и характеристики

Номер детали	Размер (дюймы)	Рейтинг напряжение	Емкость	Емкость допуск	Образец в наличии
НФМ15ПК146Р0Г3	0402	4,0 В постоянного тока	14 мкФ	±20%	Да

Пояснение терминов

*1.	ВСУ:	Блок обработки приложений
*2.	Английский английский язык:	Индуктивность эквивалентной серии
*3.	MLCC:	Многослойный керамический конденсатор

Керамический конденсатор Мураты

Murata предлагает самую широкую линейку керамических конденсаторов и предлагает идеальные решения. Вы можете обратиться к поиску продуктов, модельному ряду, примерам решения проблем и другим ссылкам.

1. ДОМ
2. Новости о продуктах
3. Murata представляет 3-контактный многослойный керамический конденсатор с самым высоким значением емкости для смартфонов размером 0402 дюйма.

НАВЕРХ страницы

электростатика — Как очень маленькие конденсаторы имеют большие значения емкости?

$\begingroup$

Я пытался сделать свой собственный конденсатор, и мне было трудно сделать его емкость даже равной $1\mu F$. 2$ или больше. 92$. Он был рассчитан на 10 В и 68 $ \ mu F $.

Как этот конденсатор мог иметь такую ​​емкость?

• электростатика
• электрические цепи
• емкость

$\endgroup$

$\begingroup$

Электролитические конденсаторы имеют высокую емкость, поскольку между анодом и катодом находится очень тонкий слой оксида, который может составлять около 1 нм. Если вы заинтересованы в получении еще большей емкости (например, 1000F), вы можете поискать информацию о суперконденсаторах, но они используют другую технологию.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Старые конденсаторы имели тонкие листы фольги, разделенные тонкими листами бумажного изолятора. Сначала они представляли собой длинные узкие полосы, а затем были свернуты в цилиндры.