Energi adalah bidang yang sangat menarik yang telah berkembang dengan pesat selama bertahun-tahun berturut-turut. Habré menerbitkan berbagai artikel tentang sumber energi alternatif, baterai dari Masker, kendaraan listrik, dll.
Tetapi ada satu topik yang tidak terlalu sering disinggung. Ini adalah superkapasitor. Artikel ini didedikasikan untuk mereka, ini mengungkapkan esensi superkapasitor, ruang lingkup, plus menjelaskan kasus dari berbagai industri - industri, transportasi, dll., Di mana sistem ini digunakan.
Supercapacitor, kamu siapa?
Kita semua tahu apa itu baterai - ini adalah sumber daya konstan, dibatasi oleh arus pengosongan. Baterai bisa besar atau kecil, dan banyak digunakan - dari kendaraan hingga mainan.
Tapi artikel ini tentang superkapasitor, jadi sekarang saatnya membahasnya. Jadi, superkapasitor apa pun adalah sumber daya yang tidak konstan, melainkan daya impuls. Itu hanya dibatasi oleh resistansi internal yang setara, yang memungkinkan elemen untuk beroperasi, pada kenyataannya, pada arus hubung singkat.
Tetapi pada saat yang sama, tidak seperti baterai, ini adalah sumber energi jangka pendek, meskipun berdenyut kuat. Oleh karena itu, superkapasitor digunakan di mana pun daya tinggi dibutuhkan untuk waktu yang singkat.
Superkapasitor juga disebut superkapasitor. Sel-sel ini biasanya terdiri dari dua elektroda yang dibenamkan dalam elektrolit dan sebuah pemisah. Yang terakhir ini diperlukan untuk mencegah pergerakan muatan antara dua elektroda dengan polaritas yang berlawanan.
Superkapasitor memiliki dua sifat positif - daya tinggi dan resistansi internal rendah, yang membuatnya berbeda dari kapasitor dan baterai penyimpanan. Bahan elektroda yang paling umum untuk superkapasitor adalah karbon aktif, yang memiliki dua fitur penting, termasuk luas permukaan yang sangat besar dan pemisahan kecil antar muatan.
Poin positif lainnya adalah umur simpan yang lama dan umur panjang superkapasitor. Semua ini karena kekhasan penyimpanan energi. Jadi, superkapasitor bekerja dengan memisahkan muatan. Proses ini mudah dibalik, sehingga superkapasitor dapat melepaskan energi dengan sangat cepat.
Sekarang sedikit tentang pengertian karakteristik superkapasitor. Tidak seperti baterai, yang karakteristik utamanya adalah kapasitas, diukur dalam Ampere-jam, untuk super kapasitor adalah Farad. Berikut adalah rumus yang memungkinkan Anda menentukan energi superkapasitor:
Energi (J) = 1/2 * Kapasitansi (F) * Tegangan kuadrat (V)
Ada beberapa jenis superkapasitor:
• Lapisan ganda, atau DSC.
• Kapasitor palsu.
• Kapasitor hibrid.
Pada kasus pertama, sistem terdiri dari dua elektroda berpori yang dipisahkan oleh separator yang diisi elektrolit. Suplai energi berasal dari pemisahan muatan pada elektroda dengan beda potensial yang sangat besar.
Yang kedua, sistem ini mencakup dua elektroda padat dan didasarkan pada dua mekanisme kekekalan energi. Ini adalah proses Faraday dan interaksi elektrostatis.
Pilihan ketiga adalah transisi antara kapasitor dan baterai. Elektroda di sini terbuat dari bahan yang berbeda, dan akumulasi muatan dilakukan berkat mekanisme yang berbeda.
Di mana superkapasitor dapat digunakan?
Jawaban yang cukup logis - dalam industri di mana Anda perlu memberikan energi dengan cepat dan dalam jumlah besar. Secara khusus dapat berupa:
• Energi alternatif, penyimpanan energi dengan menggunakan bahan bakar, angin dan gelombang matahari.
• Sistem transportasi - ini dapat berupa penyalaan mesin mobil, kendaraan listrik hibrida, lokomotif, dll.
• Penyimpanan energi di rumah tangga - misalnya, di mana sel surya atau turbin angin digunakan.
• Perangkat elektronik di mana superkapasitor digunakan sebagai sumber catu daya jangka pendek.
• UPS - kecil dan sangat besar. Dalam sistem catu daya tak terputus, superkapasitor dapat digunakan bersama dengan sel bahan bakar dan sumber lainnya.
• Rekayasa kelistrikan tradisional, di area di mana beban kritis tidak dapat dihindari, tetapi di mana pengoperasian segala sesuatu dan semua orang tidak terganggu diperlukan. Ini bisa berupa bandara, menara komunikasi, rumah sakit, dll.
• Perangkat elektronik dengan berbagai ukuran dan kapasitas.
Berkenaan dengan energi angin dan energi matahari, superkapasitor harus digunakan di sini untuk menerapkan sistem penyimpanan energi hibrid, yang mencakup perangkat penyimpanan Li-Ion dan perangkat penyimpanan berbasis superkapasitor.
Contoh dari
Banyak dari mereka dapat dikutip, tetapi masuk akal untuk membatasi diri kita pada tiga yang paling menyingkap.
Penggerak listrik yang dikontrol frekuensi. Di sini superkapasitor diperlukan jika terjadi penurunan tegangan dan pemadaman listrik jangka pendek, tidak lebih dari 10 detik. Penggerak semacam itu digunakan di area siklus teknologi berkelanjutan di fasilitas produksi. Selain itu, superkapasitor harus digunakan di perusahaan dan dalam sistem yang memasok objek dengan gas, air, panas dan energi, dll. di stasiun kompresor, di ruang ketel, stasiun pompa, dll.
Unit catu daya tidak terputus.Dalam hal ini, superkapasitor memungkinkan untuk mengkompensasi penurunan tegangan yang menyebabkan masalah dengan kontinuitas proses teknologi. Di sini kita berbicara tentang objek besar, termasuk industri dan berbagai jenis infrastruktur - misalnya transportasi.
Superkapasitor, khususnya, digunakan di pabrik Skoda di Republik Ceko, yaitu di bengkel robotik untuk mengecat badan mobil. Jika proses pewarnaan berhenti karena alasan apa pun, maka tubuh harus dikembalikan ke awal siklus.
Pengaturan keluaran daya turbin angin.Masalah besar dengan energi alternatif adalah sulitnya mempertahankan keluaran daya turbin pada tingkat yang sama. Semakin tinggi kecepatan angin dan semakin kuat angin itu sendiri, semakin banyak energi yang dihasilkan. Semakin rendah, semakin sedikit energinya. Akibatnya, daya keluaran turbin dapat bervariasi, dan sangat signifikan.
Dalam hal ini, superkapasitor dapat membantu, dan dalam beberapa cara sekaligus:
• Menjaga catu daya pada tingkat yang sama selama kegagalan tegangan jangka pendek.
• Menjamin kestabilan frekuensi dan voltase pada jaringan transmisi dan distribusi dengan konsentrasi sumber energi terbarukan yang tinggi.
Apakah superkapasitor diproduksi di Rusia?
Ya, pada Habré beberapa tahun yang lalu berita itu diterbitkan bahwa nust MISis telah mengembangkan teknologi yang membuka jalan bagi perusahaan domestik untuk memulai produksi supercapacitors.
Jadi, pada 2017, TEEMP meluncurkan produksi superkapasitor dan modul yang sangat efisien berdasarkan mereka di Khimki. Selain itu, semua ini murni perkembangan Rusia. TEEMP, omong-omong, menghasilkan sel tunggal datar dalam wadah berlapis, yang dapat digunakan dalam sumber arus kimia dengan elektrolit organik: superkapasitor, baterai lithium-ion, sumber arus logam-udara.
Pada saat yang sama, TEEMP menghasilkan sel dengan desainnya sendiri yang dipatenkan - sel prismatik dengan koleksi terkini di seluruh permukaannya. Dan ini dilakukan bukan untuk menunjukkan keunikannya, tetapi murni dari sudut pandang praktis - koleksi saat ini yang didistribusikan ke seluruh permukaan memastikan keseragaman bidang termal, sehingga memperlambat proses degradasi dan memperpanjang masa pakai superkapasitor.
Produk TEEMP memiliki keunikan dalam banyak hal. Modul superkapasitor perusahaan berhasil beroperasi pada suhu hingga -60 ° C. Mereka dibedakan oleh resistansi internal yang rendah, yang berarti mereka mampu memberikan arus impuls yang besar. Desain sel dan modul berpemilik memungkinkan untuk mengurangi berat dan ukuran rakitan superkapasitor hingga 30% dibandingkan dengan perangkat serupa.
Di residu kering
Sebagai kesimpulan, kami dapat meringkas, menunjukkan kelebihan dan kekurangan superkapasitor. Beberapa dari mereka telah disebutkan di atas, tetapi untuk saat ini ada baiknya mencantumkan semuanya secara terpisah.
Jadi, keuntungannya:
• Biaya perangkat penyimpanan energi yang relatif rendah per 1 Farad.
• Densitas daya yang sangat tinggi.
• Efisiensi siklus yang tinggi, yang mencapai 95% dan lebih banyak lagi.
• Keandalan, umur panjang.
• Kisaran suhu pengoperasian yang luas.
• Sejumlah besar siklus dengan parameter yang tidak berubah.
• Kecepatan pengisian dan pengosongan yang tinggi.
• Izin pembuangan ke nol.
• Bobotnya relatif ringan.
Kekurangan:
• Kerapatan energi yang relatif rendah.
• Tingkat self-discharge yang tinggi. Tegangan rendah per elemen unit.
Masih ada lebih banyak keuntungan daripada kerugian, dan berkat ini, teknologi tersebut diterapkan secara aktif di semakin banyak industri. Sekarang kapasitas spesifik superkapasitor meningkat, sementara waktu pengisian daya, sebaliknya, berkurang. Ketika batas tertentu tercapai, dimungkinkan untuk berbicara tentang penggantian lengkap baterai dengan superkapasitor di beberapa area, yang, secara umum, sudah terjadi.