Supercondensatori al posto delle batterie: dispositivo, confronto caratteristiche, vantaggi di utilizzo, recensioni

2024 Autore: Erin Ralphs | [email protected]. Ultima modifica: 2024-02-19 17:05

L'idea di un'elevata capacità specifica è stata esplorata negli anni '60, ma oggi c'è una nuova ondata di crescente interesse per questa tecnologia, grazie alla combinazione unica di proprietà prestazionali del prodotto finale. Oggi, sulla base di questa tecnologia, vengono prodotte varie modifiche di supercondensatori e ultracondensatori, che possono essere considerati una batteria di potenza a tutti gli effetti. I concetti di supercondensatori mostrati di seguito mostrano che la loro futura concorrenza con i pacchi batteria convenzionali (batterie) non è così fantastica.

Cos'è un supercondensatore?

In sostanza, questa è una batteria elettrochimica ottimizzata, realizzata sotto forma di un condensatore compatto. Anche con un confronto superficiale del dispositivo con un tipicobatteria per un'auto, puoi evidenziare l'evidente differenza di dimensioni e, in pratica, i vantaggi verranno a galla anche sotto forma di maggiore durata e potenza. In altre parole, i supercondensatori possono essere utilizzati al posto delle batterie, anche se con alcune riserve dovute a limitazioni in termini di accumulo di potenziale energetico. Tali sfumature si verificano ancora a causa dell'imperfezione dello sviluppo tecnologico degli ionizzatori, tuttavia, la situazione sta cambiando sotto la pressione del mercato con la sua crescente richiesta di batterie.

Design e design del prodotto

La base di questo condensatore è formata da due elettrodi, tra i quali è tradizionalmente posizionato il mezzo elettrolitico. Le differenze rispetto alla batteria possono essere osservate nella struttura dei materiali per la produzione di elettrodi, le cui piastre sono rivestite con carbone attivo poroso. Per quanto riguarda l'elettrolita, in questa capacità possono essere utilizzate miscele organiche e inorganiche. Strutturalmente spicca anche la soluzione tecnica di isolamento nella struttura dei supercondensatori. Al posto delle piastre di alluminio della batteria con uno strato dielettrico, vengono utilizzati componenti con proprietà ottimali di conducibilità ionica ed elettronica. Se continuiamo il concetto del possibile utilizzo di un supercondensatore come batteria, allora il carbonio poroso potrebbe fungere da conduttore elettronico e una soluzione di acido solforico potrebbe fungere da conduttore ionico. In questo modo, è possibile fornire uno strato di separazione della carica ottimale tra gli elettrodi senza l'inclusione aggiuntiva di isolanti ingombranti.

Varietà di supercondensatori

Già oggi, ci sono diverse direzioni nello sviluppo degli ionisti. I più evidenti e promettenti sono i seguenti tipi di dispositivi:

• Condensatori a doppio strato. Come elettrolita viene utilizzato il modello standard, che utilizza i suddetti elettrodi in materiale elettricamente conduttivo e uno speciale separatore. L'accumulo di potenziale di energia si verifica come risultato della separazione della carica sugli elettrodi.
• Pseudocondensatori. Una batteria ricaricabile realizzata con questo tipo di supercondensatore può essere una soluzione di grande successo, poiché offre modi più avanzati per immagazzinare energia. In primo luogo, viene attivato il principio del meccanismo di Faraday associato ai processi di accumulo di energia nelle batterie convenzionali. E in secondo luogo, viene preservato anche lo schema di base dell'interazione elettrostatica tra gli elettrodi in un doppio strato elettrico.
• Condensatori ibridi. Un concetto intermedio che combina le singole caratteristiche positive di batterie e condensatori. Tali dispositivi utilizzano tipicamente una combinazione di elettrodi realizzati con ossidi misti e polimeri drogati. L'ulteriore sviluppo di questa direzione è associato all'uso di materiali compositi integrati con supporti di carbonio e polimeri conduttivi.

Caratteristiche principali

Oggi è difficile parlare degli indicatori di prestazione ben consolidati degli ionisti, perchéla tecnologia viene costantemente migliorata e adattata al miglioramento delle sorgenti di corrente elettrochimica. Ma se prendiamo i dati medi sulle caratteristiche principali dei supercondensatori, gli indicatori specifici appariranno così:

• Tempo di ricarica - da 1 a 10 secondi
• Il numero di cicli di ricarica è di circa 1 milione, che corrisponde a 30.000 ore.
• Tensione nella cella del blocco - range da 2,3 a 2,75 V.
• Intensità energetica - valore standard 5 Wh/kg.
• Potenza - circa 10.000 W/kg.
• Durata - fino a 15 anni.
• Temperatura di esercizio da -40°C a 65°C.

Confronto con batterie convenzionali

I principali parametri distintivi sono il tasso di accumulo di energia e il grado di ritorno della carica elettrica. A causa dell'uso di un doppio strato di potenziale elettrico vicino al supercondensatore di dimensioni simili, l'area della superficie di lavoro degli elettrodi aumenta. Cioè, possiamo parlare di combinare le migliori proprietà della batteria e del condensatore in quanto tale. Se confrontiamo la distribuzione delle correnti della batteria e del supercondensatore al carico, l'uniformità dei volumi della corrente consumata sarà generalmente identica, ma con due correzioni. Durante il funzionamento della batteria, è possibile spostare la corrente maggiore verso l'elemento situato nella parte inferiore del blocco e, nel caso degli ionisti, in linea di principio, il potenziale sarà inferiore a causa della bassa tensione. Inoltre, differenze significative includono la differenza nella risorsa di lavoro: i supercondensatori servono circa il 25-30% in più nel tempo, per non parlaretasso più elevato di cicli di lavoro fattibili.

Vantaggi del funzionamento dei supercondensatori

Se consideriamo generalmente gli effetti positivi dell'utilizzo dei supercondensatori al posto delle batterie, emergeranno le seguenti qualità:

• L'elevata densità di energia dei supercondensatori ne consente l'utilizzo nei dispositivi elettronici come fonte di alimentazione a breve termine.
• Sicurezza ambientale. Naturalmente, i componenti elettrochimici sono ancora mantenuti nel progetto, ma i loro effetti tossici sono in costante diminuzione.
• Possibilità di utilizzare energia da fonti rinnovabili - vento, sole, acqua e terra.
• Espansione delle opportunità per l'integrazione strutturale delle batterie, ad esempio per la manutenzione di centrali elettriche complesse, macchine elettriche ibride, veicoli alimentati a idrogeno, ecc.

Vale la pena notare alcuni dei vantaggi di un supercondensatore rispetto a un condensatore convenzionale. Ce ne sono pochi, ma una grande capacità di accumulo di energia è di fondamentale importanza. Secondo questo indicatore, non tutte le modifiche degli ionizzatori possono competere con le batterie, tuttavia, rispetto ai condensatori nel parametro della capacità elettrica, vincono con sicurezza.

Recensioni positive sui supercondensatori

I test e l'applicazione parziale dei supercondensatori oggi si svolgono in una varietà di settori. Come mostrano le recensioni sul funzionamento di questi dispositivi, confermano le dichiarazioni dei produttori sull' altoaffidabilità, sicurezza ambientale ed elevata capacità. Ciò che è particolarmente importante dal punto di vista del confronto tra supercondensatori e batterie, i primi non sono così impegnativi per creare condizioni speciali durante la manipolazione fisica. Ciò è in parte dovuto alla stessa bassa tossicità dei componenti, ma in misura maggiore l'ergonomia di funzionamento è dovuta all' alto grado di protezione della custodia. Cioè, l'utente non ha bisogno di fornire dispositivi speciali per la manutenzione dei supercondensatori in condizioni sigillate. Il peso ridotto e le dimensioni ottimizzate facilitano inoltre le operazioni di manutenzione ordinaria.

Recensioni negative sui supercondensatori

Ci sono anche punti deboli in questo tipo di condensatori, che si manifestano chiaramente anche nella pratica. In particolare, gli utenti sottolineano la loro bassa densità di energia, le basse prestazioni e il livello di tensione non sempre sufficiente, il che rende necessario l'utilizzo di più elementi per servire un'unità di consumo target. In molti modi, queste carenze impediscono oggi l'uso di supercondensatori al posto delle batterie, anche se, ancora una volta, è più probabile che lo sviluppo tecnologico risolva questi problemi.

Prospettive per lo sviluppo dei condensatori

Secondo esperti e sviluppatori di batterie, nel prossimo futuro i condensatori di nuova generazione saranno utilizzati ovunque. Ciò sarà possibile grazie all'aumento attivo della capacità specifica dei dispositivi. Ne vale la penaaggiungere e migliorare le caratteristiche tecniche e strutturali dei supercondensatori, che riguardano principalmente dimensioni e peso. Allo stesso tempo, già oggi vengono organizzati test di ionizzatori con una potenza fino a 2,5 mW. In futuro, tali sistemi potranno essere utilizzati nella manutenzione di reti di trasporto, impianti industriali e complessi residenziali.

Conclusione

Il concetto di supercondensatore è considerato la soluzione ottimale in situazioni in cui vi è una necessità a breve termine di alimentazione con carica attiva. In parte, questa è una contraddizione con l'idea delle batterie elettrochimiche, che si concentrano sul mantenimento a lungo termine della potenza con determinati parametri. Ma è possibile utilizzare un supercondensatore al posto della batteria in un'auto, vista questa caratteristica operativa? Con un alto grado di probabilità, le aziende automobilistiche avanzate utilizzeranno condensatori ad alta capacità, ma solo in speciali versioni ibride che combinano le qualità positive dei supercondensatori in quanto tali e dei tradizionali componenti elettrochimici. Ad esempio, oggi tali soluzioni sono utilizzate sotto forma di una combinazione di una struttura elettrochimica di piombo-acido e un supercondensatore.