Gdy myślimy o magazynowaniu energii, zasadniczo naszym pierwszym skojarzeniem są akumulatory. Ze względu na swoje właściwości chemiczne akumulatory potrzebują czasu, aby się naładować, zwłaszcza w przypadku akumulatorów litowo-polimerowych. W związku z tym akumulatory litowo-jonowe lepiej nadają się do zastosowań w pojazdach elektrycznych, dzięki ich wysokiej gęstości mocy oraz niewystępowaniu efektu pamięci, który sprawia, że akumulatory z czasem trudniej się ładują. Jednak pomimo tych właściwości akumulatory nie zawsze są dostosowane do niektórych pojazdów, takich jak hybrydy. W takich przypadkach doskonale sprawdzają się kondensatory. Jak już wiemy ze stosowania kondensatorów w obwodach elektrycznych, są one zdolne do szybkiego ładowania i rozładowywania, stosownie do potrzeb. Właśnie dlatego najlepiej nadają się do zastosowania w pojazdach hybrydowych, wymagających dostarczenia dużych ilości energii w jak najkrótszym czasie i właśnie to zapotrzebowanie coraz częściej realizują superkondensatory.
Czym są superkondensatory?
Superkondensatory (albo ultrakondensatory) różnią się znacznie od tradycyjnych kondensatorów pod dwoma względami: mają większy obszar płyty, a także węższą szczelinę między płytami, ponieważ separator zachowuje się nieco inaczej niż w przypadku standardowego dielektryka.
W zwykłym kondensatorze znajdują się dwie płyty pokryte metalowym porowatym materiałem, co zapewnia większą powierzchnię na magazynowanie ładunku. Płyty te są oddzielone grubą plastikową folią albo ceramicznym dielektrykiem. Podczas ładowania kondensatora, z dodatniego ładunku na jednej płycie i ujemnego na drugiej tworzy się pole elektryczne. Następnie polaryzuje to dielektryk i ustawia cząsteczki w kierunku przeciwnym do pola, zmniejszając jego siłę i umożliwiając płytom magazynowanie większego ładunku.
Superkondensator nie zawiera tradycyjnego dielektryka. Zamiast tego ma dwie płyty zanurzone w elektrolicie i oddzielone znacznie cieńszym induktorem (zazwyczaj plastikiem albo papierem). Podczas ładowania płyt superkondensatora, po ich obu stronach powstają przeciwne ładunki. Określa się to mianem „podwójnej elektrycznej warstwy”, w związku z czym superkondensatory nazywa się czasem kondensatorami dwuwarstwowymi. Połączenie poniższych cech umożliwia superkondensatorom osiągnięcie znacznie większej pojemności:
- płyty o większej i wydajniejszej powierzchni;
- mniejsza odległość między płytami.
Akumulator a superkondensator
Superkondensatory mają również cechy wspólne zarówno z akumulatorami, jak i tradycyjnymi kondensatorami. Najważniejsze różnice między nimi polegają na tym, że akumulatory mają większą gęstość (magazynują więcej energii na jednostkę masy), podczas gdy kondensatory mają większą gęstość mocy (szybciej wyzwalają i magazynują energię).
Superkondensatory mają największe dostępne wartości pojemności w przeliczeniu na objętość i największą gęstość energii ze wszystkich kondensatorów. Gęstość mocy superkondensatora jest na ogół 10-krotnie większa od tradycyjnego akumulatora, co oznacza, że umożliwiają one uzyskanie znacznie krótszych cykli ładowania/rozładowywania, stosowanie prostszych obwodów ładowania, osiąganie znacznie dłuższych cykli eksploatacyjnych, pracę w szerszym zakresie temperatur oraz wysoki wskaźnik szczytu rozładowania przy obciążeniach wymagających zapewnienia wysokiej mocy w krótkim czasie.
Technologia coraz bardziej dostosowuje się do właściwości tradycyjnego akumulatora i tworzy hybrydę, wypełniającą lukę między tradycyjnym kondensatorem a akumulatorem. Dzięki temu, jednostki te dają się również skutecznie łączyć równolegle z akumulatorami, co pozwala wykorzystać zalety obydwu urządzeń.
Jeżeli konieczne jest zmagazynowanie odpowiedniej ilości energii przez stosunkowo krótki czas (od kilku sekund do kilku minut), to zazwyczaj jest jej zbyt dużo, by zmagazynować ją w kondensatorze, a nie ma czasu, by naładować akumulator, więc superkondensator może tu być idealnym rozwiązaniem.
Obecne zastosowania i przyszłość
Superkondensatory są coraz częściej stosowane w urządzeniach dla ogółu konsumentów, ponieważ koszty ich zastosowania zbliżyły się do kosztów akumulatorów. Zaspokajają wszelkie potrzeby, od zasilania rezerwowego telefonów komórkowych po wydłużanie żywotności akumulatora w urządzeniach, które potrzebują czasem szybkiego przypływu mocy, jak funkcja zbliżenia w kamerze cyfrowej.
Są również coraz częściej wykorzystywane w zastosowaniach bardziej wymagających pod względem zapewnianej mocy i energii, takich jak:
- kopie zapasowe pamięci w sprzęcie elektronicznym w przypadku spadku mocy;
- pojazdy elektryczne, które często potrzebują wysokiej mocy w krótkim czasie;
- odzysk energii hamowania w pojazdach takich jak autobusy i pociągi;
- pozyskiwanie energii wiatrowej i słonecznej w celu wyrównania nieregularności profilu zasilania.
Jednak ich zastosowanie może wykraczać znacznie dalej, a w ramach inicjatywy Green Energy Drive są one coraz częściej postrzegane jako zastępstwo akumulatorów w systemach pozyskiwania energii i w pojazdach elektrycznych.
SPSCAP są przodownikami tej technologii dzięki swojej modułowej serii kondensatorów. Technologia ta jest już powszechnie stosowana w autobusach hybrydowych, autobusach hybrydowych ładowanych z gniazda, trolejbusach z podwójnym źródłem zasilania, autobusach na ogniwa paliwowe, autobusach szkolnych i innych pojazdach użytkowych. Moduły ultrakondensatorów można stosować jako wydajne, wysoce niezawodne, bezpieczne i inteligentne jednostki magazynujące podczas odzyskiwania energii rozruchu, przyspieszania i hamowania. Zastosowania te są obecnie badane w tramwajach i pociągach, aby przyspieszyć przejście na nową technologię.
Ponadto, wraz z przyspieszeniem rozwoju technologii Internetu rzeczy, urządzenia stanowiące część sieci będą najprawdopodobniej polegać na jakiejś formie odzysku energii w celu zapewnienia ich ciągłego funkcjonowania i zarządzania energią. Istnieje prawdopodobieństwo, że w tym celu kluczowe będzie zastosowanie superkondensatorów, w związku z ich niewielkimi rozmiarami, którym towarzyszą potężne możliwości magazynowania. Obecnie trwają również prace nad „elastycznym” superkondensatorem (bez utraty funkcji), oferującym nieskończone możliwości zastosowania. Może być to kluczowe nie tylko dla przyszłości Internetu rzeczy, ale również technologii ubieralnej, przenośnych towarów konsumenckich oraz medycznych systemów i urządzeń monitorujących.
Promowane produkty
Hybrydowe superkondensatory Eaton
Nowa generacja elementów składowych do magazynowania energii, łączących korzyści akumulatorów litowo-jonowych z długim okresem eksploatacyjnym i niezawodnością symetrycznych superkondensatorów.
Kondensatory magazynujące energię z serii Vishay 196 HVC
Seria ta została opracowana z myślą o zapewnieniu projektantom rozwiązania w zakresie magazynowania energii pokonującego ograniczenia akumulatorów i superkondensatorów.
Superkondensatory z serii KEMET FT
Urządzenia te są najlepiej przystosowane do wbudowanych systemów mikroprocesorowych z pamięcią flash.
Superkondensatory modułowe SPSCAP
Urządzenia te, będące pionierami zielonej rewolucji, oferują największą moc i ponad 1 000 000 cykli pracy.
