Kategorie
Elektronika

Hybryda Kondensatora i Chemicznego Źródła Energii

W 1957 roku General Electric opatentował nowy typ modułu elektronicznego, który potrafi dostarczyć dużą ilość energii w bardzo krótkim czasie. Funkcjonalnie stanowił on połączenie znanego już kondensatora i chemicznego źródła energii. Zwyczajny kondensator składa się z dwóch metalowych płytek, między którymi jest umieszczona warstwa dielektryka. W takim przypadku elektryczna pojemność kondensatora zależy od powierzchni płytek, które pełnią funkcję elektrod. Ponieważ zwiększenie rozmiarów płytek powoduje powiększenie gabarytów urządzenia, podwyższanie pojemności kondensatorów stwarzało trudności. Znaleziono jednak rozwiązanie.

Stało się to dzięki zastosowaniu porowatych materiałów do produkcji płytek odgrywających rolę elektrod. Porowata powierzchnia płytki zwiększyła dziesięciokrotnie powierzchnię płytki w stosunku do płytek wytwarzanych ze zwykłych materiałów. Po przeprowadzeniu wielu badań udało się znaleźć odpowiedni materiał w postaci konwencjonalnego aktywowanego węgla. Następnym krokiem do zaprojektowania superkondensatora stała się wymiana zwykłego dielektryka na krystaliczny twardy elektrolit stworzony na bazie roztworów kwasów i zasad. Przy współpracy porowatego metalu z elektrolitem tworzy się na jego powierzchni podwójna warstwa z jonów i elektronów. Cząsteczki te nie stykają się ze sobą ze względu na rezystencję wody i jonów metali. W ten sposób zbudowano moduł o podobnej zasadzie działania, jaką charakteryzuje się zwykły kondensator.

Jednakże odległość między ładunkami, która w rzeczywistości jest znacznie mniejsza niż grubość dielektryka stosowanego w konwencjonalnym kondensatorze, powoduje dziesięciokrotne zwiększenie pojemności modułu.

W czasie załadowywania superkondensatora na porach metalu z jednej strony tworzą się dodatnie jony, a z drugiej napływają elektrony. W procesie uwalniania energii przepływają one płynnie do siebie, tworząc neutralne atomy metalu. Aby nie dopuścić do pełnego rozładowania modułu, pomiędzy warstwami metalu instaluje się rozdzielającą warstwę z neutralnego tworzywa.

Zalety Superkondensatorów

Superkondensator posiada wiele zalet:

  • Zgromadzona energia posiada wysoką konsystencję,
  • Wysoki komfort ładowania (kiedy moduł jest całkowicie naładowany, automatycznie przestaje się ładować),
  • Nie nagrzewa się w odróżnieniu od innych nośników energii,
  • Pracuje w temperaturach od -50 do +85 stopni Celsjusza,
  • Jest bezpieczny ekologicznie,
  • Efektywność działania dochodzi do 98%,

Wszystkie te zalety pozwalają, by stwierdzić, że zakres stosowania superkondensatorów jest ogromny. Znalazły one zastosowanie w urządzeniach komputerowych w charakterze źródeł zasilania do elementów pamięci. W mikroelektronice i radiotechnice stosuje się je w charakterze silnych źródeł prądu i źródeł regularnego zasilania. W popularnych dzisiaj samochodach z zasilaniem hybrydowym superkondensatory stosuje się do zmniejszenia obciążenia akumulatorów. Takie kondensatory o małej pojemności montuje się też w telefonach komórkowych. Obecnie jedyną przeszkodą w szerokim stosowaniu superkondensatorów jest ich stosunkowo wysoka cena. Jednak firmy pracują nad obniżeniem jej o połowę, mając zamiar wprowadzić do ich produkcji nanotechnologię.