Jellemzően, amikor az energiatárolásra gondolunk, automatikusan akkumulátorok jutnak eszünkbe. Kémiai jellemzőik miatt az akkumulátorok feltöltése időbe telik, és ez különösen igaz a lítium-polimer akkumulátorokra. Ezért a lítium-ion akkumulátorok nagy teljesítménysűrűségük és memóriahatás-hiányuk (ami akkor következik be, amikor az akkumulátorok idővel nehezebben töltődnek) miatt jobban megfelelnek az elektromos járművek piacára. Ezen jellemzők ellenére azonban az akkumulátorok nem mindig alkalmasak bizonyos járművekben, például a hibridekben való használatra. Ez az a terület, ahol a kondenzátorokat nagyobb hatásfokkal lehet alkalmazni. Amint azt már tudjuk, hogy a kondenzátorok elektromos áramkörök, képesek gyorsan tölteni és kisülni szükség szerint. Ezért a legalkalmasabbak olyan hibrid járművekhez, amelyek nagy mennyiségű energiát igényelnek a legrövidebb idő alatt, és ezért ezt a hiányosságot gyakrabban töltik ki szuperkondenzátorokkal.
Mik azok a szuperkondenzátorok?
A szuperkondenzátorok (vagy ultrakondenzátorok) főleg két dologban térnek el a hagyományos kondenzátoroktól: nagyobb a lemezterületük, valamint kisebb a rés a lemezek között, mert a szeparátor a szabványos dielektrikumos megoldástól kissé eltérően viselkedik.
Egy normál kondenzátorban két lemez van bevonva fémes porózus anyaggal, hogy nagyobb területet biztosítson a töltés tárolására, és ezeket egy vastag műanyag fóliával vagy kerámia dielektrikum választaj el egymástól. Mivel a kondenzátor feltöltődik, az elektromos mező az egyik lemezen létrejövő pozitív és a másik lemezen létrejövő negatív töltésből alakul ki. Ez polarizálja a dielektriumot és a mezővel ellentétes irányba igazítja a molekulákat, így csökkentve az erősséget, hogy a lemezek több töltést tudjanak tárolni.
Egy szuperkondenzátorban nem a hagyományos módon van dielektrium. Ehelyett két, elektrolitba áztatott és egy sokkal vékonyabb induktor (általában műanyag vagy papír) által elválasztott lemez van benne. Amikor a szuperkondenzátorban lévő lemezek töltődnek, ellentétes töltés jön létre az induktor mindkét oldalán. Ezt általában „elektromos kettős rétegnek” nevezik, ezért kettős kondenzátorként is hivatkozhatnak a szuperkondenzátorokra. A következő funkciók kombinációjával a szuperkondenzátorok sokkal nagyobb kapacitási szintet képesek elérni:
- Nagyobb és hatékonyabb felülettel rendelkező lemezek
- Kisebb távolság a lemezek között
Az akkumulátor és a szuperkondenzátor összehasonlítása
A szuperkondenzátoroknak vannak közös jellemzői az akkumulátorokkal és a hagyományos kondenzátorokkal. A közöttük lévő fő különbség az, hogy az akkumulátorok sűrűsége nagyobb (több energiát tárolnak tömegenként), míg a kondenzátorok teljesítménysűrűsége nagyobb (az energia gyorsabb felszabadítása és tárolása).
A szuperkondenzátorok térfogatonként a legmagasabb elérhető kapacitással rendelkeznek, és az összes kondenzátor közül őket jellemzi a legnagyobb energiasűrűség. A szuperkondenzátorok energiasűrűsége általában 10-szer nagyobb, mint a hagyományos akkumulátoroké, ami azt jelenti, hogy sokkal gyorsabb töltési/kisütési ciklusokra képesek, egyszerűbb a töltőáramkörük, jelentősen hosszabb a ciklusélettartamuk, szélesebb az üzemi hőmérséklet-tartományuk, és magas csúcskisülési sebességgel rendelkeznek olyan terheléseknél, amelyek rövid ideig nagy teljesítményt igényelnek.
A technológia egyre inkább összhangba kerül a hagyományos újratölthető akkumulátor tulajdonságaival, és egy hibrid megoldást képeznek a szabványos kondenzátor és az akkumulátor között. Ez azt jelenti, hogy kiválóan alkalmasak az akkumulátorokkal való párhuzamos csatlakozásra, így mindkét akkumulátor legjobb tulajdonsága kihasználható.
Ha viszonylag rövid ideig (néhány másodperctől néhány percig) ésszerű mennyiségű energiát kell tárolnia, és túl sok energiát kellene tárolni a kondenzátorban, de nincs idő feltölteni az akkumulátort, a szuperkondenzátor jelentheti a megoldást.
A jelenlegi alkalmazások és a jövő
A szuperkondenzátorok egyre inkább jelen vannak az általános fogyasztói eszközökben, mivel a költségeik egyre közelebb kerülnek az akkumulátorokéhoz. A mobiltelefonok tartalék tápellátásától az akkumulátor élettartamának meghosszabbításáig, mindent biztosítanak az olyan eszközök számára, amelyek néha gyors és magas energiaellátást igényelnek, mint például a digitális fényképezőgépek zoom funkciója.
Egyre gyakrabban használják ezeket a nagy teljesítmény- és energiaigényű alkalmazásokban, mint például:
- Az elektronikus berendezések tartalék memóriája az alacsony fogyasztású bemenetek kezelésére
- Elektromos járművek, amelyeknél gyakran van szükség rövid, de nagy teljesítményre
- A fékenergia visszanyerése olyan járművek esetében, mint az autóbuszok és a vonatok
- Energiagyűjtés a szélenergiás és napenergiás alkalmazásoknál az időszakos tápellátás kisimításához
Ezenkívül rengeteg más alkalmazásban is használhatók, és egyre inkább az energiagyűjtés során és az elektromos járművekben alkalmazott környezetbarát meghajtásoknál használt akkumulátorok valódi helyetteseként tekintenek rájuk.
Az SPSCAP modulos kondenzátorsorozatával élen jár ebben a technológiában. Ezt a technológiát már széles körben használják hibrid buszokban, plug-in hibrid buszokban, kettős forrású trolibuszokban, üzemanyagcellás buszokban, iskolabuszokban és más haszongépjárművekben. A szuperkondenzátor-modulok hatékony, rendkívül megbízható, biztonságos és intelligens energiatároló egységként használhatók az indításhoz, a gyorsításhoz és a fékezési energia visszanyeréséhez. Ezeket az elveket most a villamosoknál és vonatoknál is kipróbálják, hogy elősegítsék az átállást.
Továbbá, az IoT folyamatos gyorsulásával a hálózat részét képező eszközök valószínűleg az energiagyűjtés valamilyen formájára fognak támaszkodni majd a folyamatos használat és energiagazdálkodás érdekében. Valószínű, hogy a szuperkondenzátorok – kis méretük, de mégis nagy teljesítményű tárolási képességeik révén – szerves részét fogják képezni ennek. A „rugalmas” szuperkondenzátorok (funkcióvesztés nélkül) fejlesztése is folyamatban van, ez pedig végtelen számú alkalmazásban lesz majd használható. Ez nemcsak az IoT, hanem a viselhető eszközök, a hordozható fogyasztási cikkek, valamint az orvosi nyomkövető rendszerek és eszközök jövője szempontjából is kulcsfontosságú lehet.
Kiemelt termékek
Eaton hibrid szuperkondenzátorok
Az energiatároló alkatrészek új generációja, amely magában egyesíti a li-ion akkumulátorok előnyeit, illetve a szimmetrikus szuperkondenzátorok hosszú élettartamát és megbízhatóságát.
Vishay 196 HVC sorozatú energiatároló kondenzátorok
Ez a sorozat a tervezők számára készült, hogy egy olyan energiatárolási megoldást nyújtson, amely felülkerekedik az újratölthető akkumulátorok és szuperkondenzátorok korlátain.
KEMET FT sorozatú szuperkondenzátorok
Ezek az eszközök a legalkalmasabbak a flash memóriával rendelkező beágyazott mikroprocesszoros rendszerekhez.
SPSCAP modulos szuperkondenzátorok
Ezek az eszközök a környezetbarát megoldások zászlóshajójaként kiváló teljesítményt és több mint 1 000 000 munkaciklust kínálnak.
