Самый большой конденсатор: возможности и ограничения использования суперконденсаторов — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое самый большой конденсатор в мире. Как работают суперконденсаторы. Каковы преимущества и недостатки суперконденсаторов по сравнению с аккумуляторами. Где уже применяются суперконденсаторы. Каковы перспективы замены аккумуляторов на суперконденсаторы.

Содержание

Что такое самый большой конденсатор и как он устроен

Самый большой конденсатор в мире — это не просто увеличенная версия обычного конденсатора, а принципиально новое устройство, называемое суперконденсатором. Суперконденсаторы способны накапливать огромное количество энергии благодаря использованию эффекта двойного электрического слоя.

Устройство суперконденсатора включает следующие основные элементы:

Две электродные пластины из пористого материала с огромной площадью поверхности (обычно активированный уголь)
Электролит (жидкий или гелеобразный)
Сепаратор, разделяющий электроды

При подаче напряжения на электроды в порах образуется двойной электрический слой, что позволяет накопить заряд, в сотни раз превышающий заряд обычных конденсаторов.

Основные характеристики суперконденсаторов

Суперконденсаторы обладают уникальными характеристиками, выгодно отличающими их от других накопителей энергии:

Огромная удельная емкость — до нескольких тысяч фарад
Высокая скорость заряда и разряда — секунды вместо часов
Огромное количество циклов заряда/разряда — миллионы вместо тысяч
Высокий КПД — до 98%
Широкий температурный диапазон работы

При этом суперконденсаторы имеют низкое рабочее напряжение (2-3 В) и меньшую, чем у аккумуляторов, удельную энергию.

Преимущества суперконденсаторов перед аккумуляторами

По сравнению с традиционными химическими источниками тока, суперконденсаторы обладают рядом важных преимуществ:

Сверхбыстрая зарядка — за считанные секунды вместо часов
Огромный ресурс — миллионы циклов заряда/разряда
Высокая удельная мощность — способны отдавать большие токи

Широкий температурный диапазон работы
Экологичность — не содержат токсичных веществ

Эти преимущества делают суперконденсаторы незаменимыми в ряде применений, где требуется быстрая зарядка и отдача большой мощности.

Недостатки суперконденсаторов по сравнению с аккумуляторами

Несмотря на уникальные характеристики, суперконденсаторы пока не могут полностью заменить аккумуляторы из-за ряда недостатков:

Меньшая удельная энергия — в 10-20 раз ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов
Высокий саморазряд — до 20% в месяц
Низкое рабочее напряжение — требуются преобразователи
Высокая стоимость — в несколько раз дороже аккумуляторов

Из-за этих недостатков суперконденсаторы пока не могут обеспечить длительную автономную работу устройств. Их применение ограничено областями, где важнее мощность и количество циклов, а не запас энергии.

Где уже применяются суперконденсаторы

Несмотря на ограничения, суперконденсаторы уже нашли применение во многих областях:

Источники бесперебойного питания
Системы рекуперативного торможения транспорта
Стартерные системы двигателей
Импульсные источники питания
Системы накопления энергии в солнечной и ветроэнергетике
Электронные системы автомобилей

Особенно эффективно применение суперконденсаторов там, где требуется быстрая зарядка и отдача большой мощности.

Перспективы замены аккумуляторов на суперконденсаторы

Полная замена аккумуляторов на суперконденсаторы пока невозможна из-за их низкой удельной энергии. Однако активно ведутся разработки по созданию гибридных систем, сочетающих преимущества обоих типов накопителей:

Суперконденсаторы обеспечивают высокую мощность и быструю зарядку
Аккумуляторы обеспечивают большой запас энергии

Такие гибридные системы уже применяются в электромобилях и позволяют значительно улучшить их характеристики. В будущем, по мере совершенствования технологий, область применения суперконденсаторов будет расширяться.

Самые большие суперконденсаторы в мире

Крупнейшие суперконденсаторы применяются в энергетике для накопления энергии и сглаживания пиковых нагрузок. Некоторые примеры:

Суперконденсатор емкостью 3.4 мегафарада в испытательном центре высокого напряжения в России
Суперконденсатор емкостью 2.7 мегафарада в термоядерном реакторе Токамак в Принстонской лаборатории физики плазмы
Система накопления энергии мощностью 2 МВт на суперконденсаторах в Гамбурге

Такие огромные суперконденсаторы способны за доли секунды отдавать и принимать гигантскую мощность, что делает их незаменимыми для стабилизации энергосетей.

Заключение

Суперконденсаторы — перспективная технология накопления энергии, обладающая уникальными характеристиками. Хотя они пока не могут полностью заменить аккумуляторы, их применение в гибридных системах позволяет значительно улучшить характеристики накопителей энергии. По мере совершенствования технологий роль суперконденсаторов будет возрастать, открывая новые возможности в энергетике и на транспорте.

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

Конденсатор вместо аккумулятора | Публикации

Для накопления электроэнергии люди сначала использовали конденсаторы. Потом, когда электротехника вышла за пределы лабораторных опытов, изобрели аккумуляторы, ставшие основным средством для запасания электрической энергии. Но в начале XXI века снова предлагается использовать конденсаторы для питания электрооборудования. Насколько это возможно и уйдут ли аккумуляторы окончательно в прошлое?

Причина, по которой конденсаторы были вытеснены аккумуляторами, была связана со значительно большими значениями электроэнергии, которые они способны накапливать. Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не требуется или же может иметь очень простую конструкцию.

Главное различие между конденсаторами и аккумуляторами заключается в том, что конденсаторы непосредственно хранят электрический заряд, а аккумуляторы превращают электрическую энергию в химическую, запасают ее, а потом обратно преобразуют химическую энерию в электрическую.

При преобразованиях энергии часть ее теряется. Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90%, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99%. Интенсивность химических реакций зависит от температуры, поэтому на морозе аккумуляторы работают заметно хуже, чем при комнатной температуре. Кроме этого, химические реакции в аккумуляторах не полностью обратимы. Отсюда малое количество циклов заряда-разряда (порядка единиц тысяч, чаще всего ресурс аккумулятора составляет около 1000 циклов заряда-разряда), а также «эффект памяти». Напомним, что «эффект памяти» заключается в том, что аккумулятор нужно всегда разряжать до определенной величины накопленной энергии, тогда его емкость будет максимальной. Если же после разрядки в нем остается больше энергии, то емкость аккумулятора будет постепенно уменьшаться. «Эффект памяти» свойственнен практически всем серийно выпускаемым типам аккумуляторов, кроме, кислотных (включая их разновидности — гелевые и AGM). Хотя принято считать, что литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам он не свойственнен, на самом деле и у них он есть, просто проявляется в меньшей степени, чем в других типах. Что же касается кислотных аккумуляторов, то в них проявляется эффект сульфатации пластин, вызывающий необратимую порчу источника питания. Одной из причин является длительное нахождение аккумулятора в состоянии заряда менее, чем на 50%.

Применительно к альтернативной энергетике «эффект памяти» и сульфатация пластин являются серьезными проблемами. Дело в том, что поступление энергии от таких источников, как солнечные батареи и ветряки, сложно спрогнозировать. В результате заряд и разряд аккумуляторов происходят хаотично, в неоптимальном режиме.

Для современного ритма жизни оказывается абсолютно неприемлемо, что аккумуляторы приходится заряжать несколько часов. Например, как вы себе представляете поездку на электромобиле на дальние расстояния, если разрядившийся аккумулятор задержит вас на несколько часов в пункте зарядки? Скорость зарядки аккумулятора ограничена скоростью протекающих в нем химических процессов. Можно сократить время зарядки до 1 часа, но никак не до нескольких минут. В то же время, скорость зарядки конденсатора ограничена только максимальным током, который дает зарядное устройство.

Перечисленные недостатки аккумуляторов сделали актуальным использование вместо них конденсаторов.

Использование двойного электрического слоя

На протяжении многих десятилетий самой большой емкостью обладали электролитические конденсаторы. В них одной из обкладок являлась металлическая фольга, другой — электролит, а изоляцией между обкладками — окись металла, которой покрыта фольга. У электролитических конденсаторов емкость может достигать сотых долей фарады, что недостаточно для того, чтобы полноценно заменить аккумулятор.

Сравнение конструкций разных типов конденстаторов (Источник: Википедия)

Большую емкость, измеряемую тысячами фарад, позволяют получить конденсаторы, основанные на так называемом двойном электрическом слое. Принцип их работы следующий. Двойной электрический слой возникает при определенных условиях на границе веществ в твердой и жидкой фазах. Образуются два слоя ионов с зарядами противоположного знака, но одинаковой величины. Если очень упростить ситуацию, то образуется конденсатор, «обкладками» которого являются указанные слои ионов, расстояние между которыми равно нескольким атомам.

Суперконденсаторы различной емкости производства Maxwell

Конденсаторы, основанные на данном эффекте, иногда называют ионисторами. На самом деле, этот термин не только к конденсаторам, в которых накапливается электрический заряд, но и к другим устройствам для накопления электроэнергии — с частичным преобразованием электрической энергии в химическую наряду с сохранением электрического заряда (гибридный ионистор), а также для аккумуляторов, основанных на двойном электрическом слое (так называемые псевдоконденсаторы). Поэтому более подходящим является термин «суперконденсаторы». Иногда вместо него используется тождественный ему термин «ультраконденсатор».

Техническая реализация

Суперконденсатор представляет собой две обкладки из активированного угля, залитые электролитом. Между ними расположена мембрана, которая пропускает электролит, но препятствует физическому перемещению частиц активированного угля между обкладками.

Следует отметить, что суперконденсаторы сами по себе не имеют полярности. Этим они принципиально отличаются от электролитических конденсаторов, для которых, как правило, свойственна полярность, несоблюдение которой приводит к выходу конденсатора из строя. Тем не менее, на суперконденсаторах также наносится полярности. Связано это с тем, что суперконденсаторы сходят с заводского конвейера уже заряженными, маркировка и означает полярность этого заряда.

Параметры суперконденсаторов

Максимальная емкость отдельного суперконденсатора, достигнутая на момент написания статьи, составляет 12000 Ф. У массово выпускаемых супероконденсаторов она не превышает 3000 Ф. Максимально допустимое напряжение между обкладками не превышает 10 В. Для серийно выпускаемых суперконденсаторов этот показатель, как правило, лежит в пределах 2,3 – 2,7 В. Низкое рабочее напряжение требует использование преобразователя напряжения с функцией стабилизатора. Дело в том, что при разряде напряжение на обкладках конденсатора изменяется в широких пределах. Построение преобразователя напряжения для подключения нагрузки и зарядного устройства являются нетривиальной задачей. Предположим, что вам нужно питать нагрузку с мощностью 60 Вт.

Для упрощения рассмотрения вопроса пренебрежем потерями в преобразователе напряжения и стабилизаторе. В том случае, если вы работаете с обычным аккумулятором с напряжением 12 В, то управляющая электроника должна выдерживать ток в 5 А. Такие электронные приборы широко распространены и стоят недорого. Но совсем другая ситуация складывается при использовании суперконденсатора, напряжение на котором составляет 2,5 В. Тогда ток, протекающий через электронные компоненты преобразователя, может достигать 24 А, что требует новых подходов к схмотехнике и современной элементной базы. Именно сложностью с построением преобразователя и стабилизатора можно объяснить тот факт, что суперконденсаторы, серийный выпуск которых был начат еще в 70-х годах XX века, только сейчас стали широко использоваться в самых разных областях.

Принципиальная схема источника бесперебойного питания
напряжением на суперконденсаторах, основные узлы реализованы
на одной микосхеме производства LinearTechnology

Суперконденсаторы могут соединяться в батареи с использованием последовательного или параллельного соединения. В первом случае повышается максимально допустимое напряжение. Во втором случае — емкость. Повышение максимально допустимого напряжения таким способом является одним из способов решения проблемы, но заплатить за нее придется снижением емкости.

Размеры суперконденсаторов, естественно, зависят от их емкости. Типичный суперконденсатор емкостью 3000 Ф представляет собой цилиндр диаметром около 5 см и длиной 14 см. При емкости 10 Ф суперконденсатор имеет размеры, сопоставимые с человеческим ногтем.

Хорошие суперконденсаторы способны выдержать сотни тысяч циклов заряда-разряда, превосходя по этому параметру аккумуляторы примерно в 100 раз. Но, как и у электролитических конденсаторов, для суперконденсаторов стоит проблема старения из-за постепенной утечки электролита. Пока сколь-нибудь полной статистики выхода из строя суперконденсаторов по данной причине не накоплено, но по косвенным данным, срок службы суперконденсаторов можно приблизительно оценить величиной 15 лет.

Накапливаемая энергия

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в джоулях:

E = CU²/2,
где C — емкость, выраженная в фарадах, U — напряжение на обкладках, выраженное в вольтах.

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в кВтч, равно:

W = CU²/7200000

Отсюда, конденсатор емкостью 3000 Ф с напряжением между обкладками 2,5 В способен запасти в себе только 0,0026 кВтч. Как это можно соотнести, например, с литий-ионным аккумулятором? Если принять его выходное напряжение не зависящим от степени разряда и равным 3,6 В, то количество энергии 0,0026 кВтч будет запасено в литий-ионном аккумуляторе емкостью 0,72 Ач. Увы, весьма скромный результат.

Применение суперконденсаторов

Системы аварийного освещения являются тем местом, где использование суперконденсаторов вместо аккумуляторов дает ощутимый выигрыш. В самом деле, именно для этого применения характерна неравномерность разрядки. Кроме этого, желательно, чтобы зарядка аварийного светильника происходила быстро, и чтобы используемый в нем резервный источник питания имел большую надежность. Источник резервного питания на основе суперконденсатора можно встроить непосредственно в светодиодную лампу T8. Такие лампы уже выпускаются рядом китайских фирм.

Грунтовый светодиодный светильник с питанием
от солнечных батарей, накопление энергии
в котором осуществляется в суперконденсаторе

Как уже отмечалось, развитие суперконденсаторов во многом связано с интересом к альтернативным источникам энергии. Но практическое применение пока ограничено светодиодными светильниками, получающими энергию от солнца.

Активно развивается такое направление как использование суперконденсаторов для запуска электрооборудования.

Суперконденсаторы способны дать большое количество энергии в короткий интервал времени. Запитывая электрооборудование в момент пуска от суперконденсатора, можно уменьшить пиковые нагрузки на электросеть и в конечном счете уменьшить запас на пусковые токи, добившись огромной экономии средств.

Соединив несколько суперконденсаторов в батарею, мы можем достичь емкости, сопоставимой с аккумуляторами, используемыми в электромобилях. Но весить эта батарея будет в несколько раз больше аккумулятора, что для транспортных средств неприемлемо. Решить проблему можно, используя суперконденсаторы на основе графена, но они пока существуют только в качестве опытных образцов. Тем не менее, перспективный вариант знаменитого «Ё-мобиля», работающий только от электричества, в качестве источника питания будет использовать суперконденсаторы нового поколения, разработка которых ведется российскими учеными.

Суперконденсаторы также дадут выигрыш при замене аккумуляторов в обычных машинах, работающих на бензине или дизельном топливе — их использование в таких транспортных средствах уже является реальностью.

Пока же самым удачным из реализованных проектов внедрения суперконденсаторов можно считать новые троллейбусы российского производства, вышедшие недавно на улицы Москвы. При прекращении подачи напряжения в контактную сеть или же при «слетании» токосъемников троллейбус может проехать на небольшой (порядка 15 км/ч) скорости несколько сотен метров в место, где он не будет мешать движению на дороге. Источником энергии при таких маневрах для него является батарея суперконденсаторов.

В общем, пока суперконденсаторы могут вытеснить аккумуляторы только в отдельных «нишах». Но технологии бурно развиваются, что позволяет ожидать, что уже в ближайшем будущем область применения суперконденсаторов значительно расширится.

Алексей Васильев

Самый большой конденсатор — Conquerall Electrical Ltd

Самый большой конденсатор. Конденсаторы накапливают энергию, создавая разность потенциалов между двумя металлическими пластинами. Их обычно можно найти в радиоприемниках, телевизорах и других электронных устройствах, таких как калькуляторы.

Наибольший конденсатор
Тип конденсатора:
Диапазон емкости:
Диапазон напряжения:
Применение:
Преимущества:
Недостатки:

Суперконденсаторы отличаются высокой скоростью заряда/разряда, долгим сроком службы, высокой выходной мощностью и высокой эффективностью. Что отличает их от обычных конденсаторов, так это их двойной слой интеркаляции электрод-электролит.

Содержание

Самый большой конденсатор

Самый большой из когда-либо созданных конденсаторов может оказаться не таким, каким его себе представляет большинство людей. На самом деле это самый большой в мире графеновый суперконденсатор, разработанный Sunvault Energy совместно с Edison Power Company и широко признанный революционной инновацией в технологии графеновых суперконденсаторов.

Конденсатор накапливает электрическую энергию, создавая диэлектрик между двумя пластинами, которые притягивают положительные и отрицательные заряды. Это работает аналогично батареям, за исключением того, что конденсаторы имеют большую емкость для хранения энергии, чем батареи.

Конденсаторы представляют собой специализированные батареи, используемые в устройствах большой мощности. Их часто можно найти в автомобилях, автобусах и поездах, чтобы справиться с рекуперативным торможением или скачками напряжения. Кроме того, известно, что конденсаторы используются в устройствах для атомных исследований в качестве средства хранения большого количества энергии.

После Второй мировой войны в разработке и производстве конденсаторов было сделано много достижений. К ним относятся снижение токов утечки, увеличение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и разработка электролитов на основе органических соединений. Кроме того, некоторые из этих достижений значительно увеличили диапазон температур и срок службы этих устройств.

Какой самый большой из когда-либо изготовленных конденсаторов?

Конденсаторы хранят энергию в виде электронов. Часто они служат местом хранения заряда для высокоскоростных приложений (например, вспышек в камерах или больших лазеров).

Конденсаторы используются не только для быстрой зарядки и разрядки — они также могут накапливать энергию в течение более длительного времени, подобно аккумулятору. Кроме того, конденсаторы помогают стабилизировать электрическое напряжение, устраняя внезапные скачки или провалы в линии.

Конденсатор емкостью 1 фарад может накапливать один кулон электричества со скоростью 1 вольт в секунду, так как один кулон состоит из 6,25e18 электронов.

Конденсатор содержит то же количество электронов, что и батарея, которая накапливает энергию, сохраняя электроны и затем высвобождая их. По сути, конденсаторы работают так же, как батареи, но с гораздо более простым механизмом.

Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, известного как диэлектрик. Когда ток проходит через конденсатор, электроны на одной из пластин отталкиваются от электронов на другой пластине.

Насколько велик конденсатор емкостью 1 фарад?

Конденсаторы обычно используются в электронных схемах для накопления электрического заряда. Их емкость измеряется в фарадах, при этом одна фарад способна хранить один кулон (кулон) заряда при 1 вольте. Кулон равен 6,25e18 (6,25 * 1018 или 6,25 миллиардов миллиардов) электронов.

Конденсатор состоит из двух пластин, разделенных изолятором. Это может быть что угодно, от тонкого слоя пластика до металлизированной пленки.

Расстояние между пластинами определяет их емкость или «фарадное значение». Для достижения высоких значений фарад расстояние между пластинами должно быть уменьшено. Однако это оказывается сложной задачей, поскольку диэлектрическая прочность на пробой изоляционного материала между ними должна быть достаточной для предотвращения искрения при приложении напряжения.

К счастью, большие конденсаторы можно производить, и многие из них используются сегодня. Они служат в источниках питания для хранения энергии и поддержки усилителей, что позволяет им работать с большей громкостью или с большим количеством басов, чем это было бы возможно в системах с батарейным питанием.

Насколько большими могут быть конденсаторы?

Конденсаторы являются незаменимым элементом современной электроники, сохраняя большое количество энергии и кондиционируя ее по мере необходимости. Они используются для всего, от развязки до коррекции коэффициента мощности, и бывают разных размеров, чтобы удовлетворить любые требования.

Конденсаторы обычно состоят из двух проводящих металлических пластин, расположенных очень близко друг к другу и разделенных изолирующим материалом, известным как диэлектрик. Из-за их непосредственной близости очень важно, чтобы они не касались друг друга.

Проводящие пластины притягивают положительные и отрицательные заряды, которые затем сливаются на диэлектрическом материале, образуя электрический заряд. Диэлектрик предотвратит утечку этого заряда, что делает его идеальным для фильтрации электричества.

Размер проводящих пластин может влиять на емкость конденсатора, как и тип диэлектрического материала, из которого он изготовлен. Например, две металлические пластины размером 30 x 50 см, разделенные сухим воздухом, будут иметь общую емкость 0,221 нФ (или 221 пФ).

Какова наибольшая емкость конденсатора?

Конденсаторы представляют собой устройства, используемые для накопления электрической энергии в виде статического электричества путем разделения зарядов между двумя электродными пластинами, разделенными изолирующим слоем (диэлектриком). Емкость конденсатора зависит от его размера и свойств материала, а также диэлектрического материала, помещенного между ними, и расстояния между ними.

Основной характеристикой конденсатора является его номинальная емкость (C). Это значение может быть выражено в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мФ). Это значение обычно указывается на корпусе в виде цифр, букв или цветных полос, а также может быть найдено в большинстве спецификаций.

Еще одной критической характеристикой конденсатора является его Температурный коэффициент, T. Этот коэффициент измеряет процентное изменение емкости в указанном диапазоне температур и указывает, уменьшают ли определенные конденсаторы свою емкость при повышении температуры (отрицательный коэффициент) или увеличивают (положительный коэффициент) при понижении температуры. температуры.

Конденсаторы бывают самых разных стилей, форм и размеров. Они широко используются в электрических цепях для всех видов электрических устройств. Каждый конденсатор имеет определенные характеристики, которые определяют его применение, номинальное напряжение и номинальную температуру.

Существует ли конденсатор емкостью 1 фарад?

Конденсаторы представляют собой электрические накопители, накапливающие электрический заряд за счет сопротивления приложенному к ним напряжению. Они обычно встречаются в электронном оборудовании и электронных приложениях.

Базовый конденсатор состоит из двух или более пластин, разделенных диэлектриком. Когда они заряжены, электрическое поле между ними создает силу притяжения, которая притягивает заряды от каждой пластины друг к другу.

Самые большие конденсаторы известны как суперконденсаторы или ультраконденсаторы.

Суперконденсаторы могут накапливать и выделять больше энергии на единицу веса, чем традиционные конденсаторы.
Самые большие суперконденсаторы, доступные в настоящее время, могут хранить до нескольких тысяч фарад заряда.
Суперконденсаторы часто используются в приложениях, где необходимы короткие всплески высокой мощности, например, в гибридных и электрических транспортных средствах.
Самые большие конденсаторы в мире используются в системах накопления энергии для электростанций и возобновляемых источников энергии.
Одним из примеров большого конденсатора является конденсатор емкостью 3,4 мегафарад, используемый в испытательном центре высокого напряжения в России.
Другим примером является конденсатор емкостью 2,7 мегафарад, используемый в испытательном термоядерном реакторе Токамак в Принстонской лаборатории физики плазмы.
Самые большие конденсаторы часто изготавливаются из металлической фольги или углеродных нанотрубок.
Эти материалы обеспечивают большую площадь поверхности, что увеличивает количество заряда, который может храниться.
Конденсаторы являются важными компонентами многих электронных устройств и играют важную роль в хранении и управлении энергией.

Из-за этого притяжения электрический заряд на одной пластине пытается уменьшить потенциал (p.d.) на другой пластине и наоборот. Это действие заставляет конденсатор накапливать электрическую энергию так же, как это делает батарея.

Емкость конденсатора измеряется в единицах, называемых фарадами. Один фарад соответствует 6,25e18 электронов или примерно 113 миллионам м2.

Конденсаторы бывают разных форм и размеров. Они могут быть плоскопараллельными, радиальными или осевыми. Конденсаторы большего размера могут быть изготовлены из керамических материалов или металлизированного пластика, соединенных между собой проводящим материалом; меньшие модели могут состоять как из пластикового диэлектрического материала, так и из металлизированного пленочного изолятора.

Какова цена конденсатора 3300 мкФ?

Подорожал конденсатор на 3300 мкФ! Эти крошечные устройства бывают всех размеров и форм, от настольных моделей до мощных бытовых приборов. Чтобы выбрать наиболее экономичный вариант покупки, проконсультируйтесь с местным дилером или продавцом электроники. Они дадут вам честный совет и помогут найти лучшее предложение на этот гаджет. Кроме того, вы можете получить его в течение нескольких часов по почте — они даже соберут его для вас! Лучшая часть? Доставляют напрямую!

Сколько ватт может выдержать 1 фарад?

Конденсаторы хранят энергию, которая будет использована позже. Количество хранимой энергии зависит от его размера, от 1 фарад до 3000 фарад. Как правило, использование большего количества конденсаторов увеличивает выходную мощность усилителя; хотя это правило может применяться не во всех ситуациях и системах, оно является эффективным руководством при выборе конденсаторов, предназначенных для этой цели.

Сравнивая емкости батарей типа АА, обычно можно ожидать, что батарея типа АА будет иметь емкость 2,8 ампер-часа при напряжении 1,5 вольта. Следовательно, чтобы хранить столько энергии в конденсаторе, вам понадобится достаточно массивный. Вот почему конденсаторы часто измеряют в микрофарадах (миллионных долях фарад). Для сравнения, если что-то размером с банку тунца может вместить один фарад, то для этого потребуется хранить 10 батареек типа АА. Таким образом, выбор больших конденсаторов при проектировании усилителей имеет решающее значение при проектировании источников питания.

Если вы хотите узнать больше о продуктах, которые мы рекомендуем.

Узнайте больше здесь

BU-209: Как работает суперконденсатор?

Суперконденсатор, также известный как ультраконденсатор или двухслойный конденсатор, отличается от обычного конденсатора очень высокой емкостью. Конденсатор накапливает энергию за счет статического заряда, а не за счет электрохимической реакции. Применение перепада напряжения на положительной и отрицательной пластинах заряжает конденсатор. Это похоже на накопление электрического заряда при ходьбе по ковру. Прикосновение к объекту высвобождает энергию через палец.

Существует три типа конденсаторов, самый простой из которых — электростатический конденсатор с сухим сепаратором. Этот классический конденсатор имеет очень низкую емкость и в основном используется для настройки радиочастот и фильтрации. Размер варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до микрофарад (мкФ).

Электролитический конденсатор имеет более высокую емкость, чем электростатический конденсатор, и измеряется в микрофарадах (мкФ), что в миллион раз больше, чем пикофарад. Эти конденсаторы используют влажный сепаратор и используются для фильтрации, буферизации и передачи сигналов. Подобно батарее, электростатическая емкость имеет положительные и отрицательные стороны, которые необходимо соблюдать.

Третий тип — суперконденсатор , номинал в фарадах, что в тысячи раз выше электролитического конденсатора. Суперконденсатор используется для хранения энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности.

Фарад — единица измерения емкости, названная в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867). Один фарад хранит один кулон электрического заряда при приложении одного вольта. Один микрофарад в миллион раз меньше фарада, а один пикофарад опять же в миллион раз меньше микрофарада.

Инженеры General Electric впервые провели эксперименты с ранней версией суперконденсатора в 1957 году, но коммерческих применений не было. В 1966 году Standard Oil случайно заново открыла эффект двухслойного конденсатора, работая над экспериментальными конструкциями топливных элементов. Двойной слой значительно улучшил способность накапливать энергию. Компания не стала коммерциализировать изобретение и передала его по лицензии компании NEC, которая в 1978 году продала технологию как «суперконденсатор» для резервного копирования компьютерной памяти. Так было до 1990-х, достижения в области материалов и методов производства привели к повышению производительности и снижению стоимости.

Суперконденсатор эволюционировал и перешел в аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита. В то время как базовый электрохимический двухслойный конденсатор (EDLC) зависит от электростатического воздействия, в асимметричном электрохимическом двухслойном конденсаторе (AEDLC) используются электроды, подобные батареям, для получения более высокой плотности энергии, но это имеет более короткий срок службы и другие нагрузки, которые разделяются с конденсатором. батарея. Графеновые электроды обещают улучшения суперконденсаторов и аккумуляторов, но до таких разработок осталось 15 лет.

Было опробовано несколько типов электродов, и наиболее распространенные сегодня системы построены на основе электрохимического двухслойного конденсатора на углеродной основе с органическим электролитом и простоты в изготовлении.

Все конденсаторы имеют ограничение по напряжению. В то время как электростатический конденсатор может выдерживать высокое напряжение, суперконденсатор ограничен 2,5–2,7 В. Возможны напряжения 2,8В и выше, но с меньшим сроком службы. Чтобы получить более высокое напряжение, несколько суперконденсаторов соединяют последовательно. Последовательное соединение уменьшает общую емкость и увеличивает внутреннее сопротивление. В цепочках из более чем трех конденсаторов требуется выравнивание напряжения, чтобы предотвратить перенапряжение какой-либо ячейки. Литий-ионные аккумуляторы имеют аналогичную схему защиты.

Удельная энергия суперконденсатора колеблется от 1 Втч/кг до 30 Втч/кг, что в 10–50 раз меньше, чем у литий-ионных. Кривая разряда является еще одним недостатком. В то время как электрохимическая батарея обеспечивает постоянное напряжение в используемом диапазоне мощности, напряжение суперконденсатора уменьшается по линейной шкале, уменьшая полезный спектр мощности. (См. BU-501: Основные сведения о разрядке)

Возьмите источник питания на 6 В, который может разрядиться до 4,5 В до отключения оборудования. К тому времени, когда суперконденсатор достигает этого порога напряжения, линейный разряд отдает только 44% энергии; остальные 56% зарезервированы. Дополнительный преобразователь постоянного тока помогает восстановить энергию, находящуюся в диапазоне низкого напряжения, но это увеличивает затраты и приводит к потерям. Батарея с плоской кривой разряда, для сравнения, обеспечивает 9от 0 до 95 процентов своего запаса энергии до достижения порога напряжения.

На рисунках 1 и 2 показаны характеристики напряжения и тока при заряде и разряде суперконденсатора. При зарядке напряжение увеличивается линейно, а ток падает по умолчанию, когда конденсатор заполнен, и нет необходимости в схеме обнаружения полного заряда. Это верно при постоянном токе питания и пределе напряжения, соответствующем номинальному напряжению конденсатора; превышение напряжения может повредить конденсатор.

Рис. 1: Профиль заряда суперконденсатора
Напряжение увеличивается линейно во время заряда постоянным током. Когда конденсатор заполнен, ток по умолчанию падает. Рис. 2. Профиль разряда суперконденсатора
Напряжение при разряде падает линейно. Дополнительный преобразователь постоянного тока поддерживает уровень мощности, потребляя более высокий ток при падении напряжения.

Время заряда суперконденсатора 1–10 секунд. Характеристики заряда аналогичны характеристикам электрохимической батареи, а ток заряда в значительной степени ограничен токоведущей способностью зарядного устройства. Первоначальная зарядка может быть произведена очень быстро, а дополнительная зарядка займет дополнительное время. Необходимо предусмотреть ограничение пускового тока при зарядке пустого суперконденсатора, так как он поглощает все, что может. Суперконденсатор не подвержен перезаряду и не требует обнаружения полного заряда; ток просто перестает течь при заполнении.

В таблице 3 суперконденсатор сравнивается с типичным литий-ионным аккумулятором.

Таблица 3.

Сравнение производительности классического суперконденсатора и литиевого -ion ^[2]
Удельная энергия ультра- суперконденсаторы высокой плотности с электродами на основе графена имеют рейтинг Втч / кг, аналогичный литий-ионному.

Суперконденсатор можно заряжать и разряжать практически неограниченное количество раз. В отличие от электрохимической батареи, которая имеет определенный срок службы, при циклировании суперконденсатор практически не изнашивается. Возраст также добрее к суперконденсатору, чем к батарее. В нормальных условиях суперконденсатор теряет свою первоначальную 100-процентную емкость до 80 процентов за 10 лет. Применение более высоких напряжений, чем указано, сокращает срок службы. Суперконденсатор не боится ни высоких, ни низких температур, а это преимущество, с которым батареи не могут одинаково хорошо справляться.

Саморазряд суперконденсатора существенно выше, чем у электростатического конденсатора, и несколько выше, чем у электрохимической батареи; этому способствует органический электролит. Суперконденсатор разряжается со 100 до 50 процентов за 30-40 дней. Для сравнения, свинцовые и литиевые батареи саморазряжаются примерно на 5 процентов в месяц.

Суперконденсатор в сравнении с аккумулятором

Сравнение суперконденсатора с аккумулятором имеет свои достоинства, но опора на сходство не позволяет глубже понять это уникальное устройство. Вот уникальные различия между батареей и суперкапом.

Химический состав батареи определяет рабочее напряжение; заряд и разряд являются электрохимическими реакциями. Для сравнения, конденсатор неэлектрохимический, и максимально допустимое напряжение определяется типом диэлектрического материала, используемого в качестве сепаратора между пластинами. Наличие электролита в некоторых конденсаторах увеличивает емкость, что может вызвать путаницу.

Поскольку суперконденсатор не является химическим, напряжение может расти до тех пор, пока диэлектрик не выйдет из строя. Часто это происходит в виде короткого замыкания. Избегайте превышения указанного напряжения.

Применение

Суперконденсатор часто неправильно понимают; это не замена батареи для длительного хранения энергии. Если, например, время зарядки и разрядки превышает 60 секунд, используйте батарею; если короче, то суперконденсатор становится экономичным.

Суперконденсаторы идеально подходят, когда требуется быстрая зарядка для удовлетворения краткосрочной потребности в энергии; тогда как батареи выбраны для обеспечения долгосрочной энергии. Объединение этих двух элементов в гибридную батарею удовлетворяет обе потребности и снижает нагрузку на батарею, что отражается на более длительном сроке службы. Такие батареи доступны сегодня в семействе свинцово-кислотных.

Суперконденсаторы наиболее эффективны для устранения перебоев в подаче электроэнергии, длящихся от нескольких секунд до нескольких минут, и могут быть быстро перезаряжены. Маховик обладает аналогичными качествами, и приложением, в котором суперконденсатор конкурирует с маховиком, является испытание Long Island Rail Road (LIRR) в Нью-Йорке. LIRR — одна из самых загруженных железных дорог в Северной Америке.

Чтобы предотвратить падение напряжения во время ускорения поезда и снизить потребление пиковой мощности, в Нью-Йорке проводится испытание батареи суперконденсаторов мощностью 2 МВт против маховиков, обеспечивающих мощность 2,5 МВт. Обе системы должны обеспечивать постоянную мощность в течение 30 секунд при соответствующей мегаваттной мощности и полностью перезаряжаться за одно и то же время. Цель состоит в том, чтобы добиться регулирования в пределах 10 процентов от номинального напряжения; обе системы должны иметь низкие эксплуатационные расходы и служить 20 лет. (Власти считают, что маховики более прочны и энергоэффективны для этого применения, чем батареи. Время покажет.)

Япония также использует большие суперконденсаторы. Системы мощностью 4 МВт устанавливаются в коммерческих зданиях для снижения потребления электроэнергии в периоды пиковой нагрузки и облегчения нагрузки. Другими приложениями являются запуск резервных генераторов во время отключения электроэнергии и подача электроэнергии до тех пор, пока переключение не стабилизируется.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт

Функция	Суперконденсатор	Литий-ионный (общий)
Время зарядки	1–10 секунд	10–60 минут
Срок службы	1 миллион или 30 000 ч	500 и выше
Напряжение ячейки	от 2,3 до 2,75 В	3,6 В номинальное
Удельная энергия (Втч/кг)	5 (типовой)	120–240
Удельная мощность (Вт/кг)	До 10 000	1 000–3 000
Стоимость за кВтч	10 000 долларов США (стандартно)	250–1000 долларов США (большая система)
Срок службы (промышленный)	10-15 лет	от 5 до 10 лет
Температура заряда	от –40 до 65°C (от –40 до 149°F)	от 0 до 45°C (от 32° до 113°F)
Температура нагнетания	от –40 до 65°C (от –40 до 149°F)	от –20 до 60°C (от –4 до 140°F)
Саморазряд (30 дней)	Высокий (5-40%)	5% или менее