Что такое электрический двухслойный конденсатор?

Что такое электрический двухслойный конденсатор?

Электрический двухслойный конденсатор — это конденсатор, который использует электрический двойной слой, образованный на границе между электродом и электролитом, для хранения электрического заряда, и он характеризуется исключительно высокой плотностью энергии.

Из-за их высокой плотности энергии их часто сравнивают с перезаряжаемыми батареями, такими как никель-металл-гидридные батареи и литий-ионные батареи. Тем не менее, в то время как батареи включают химические реакции во время зарядки и разрядки, электрические двухслойные конденсаторы включают только физическую адсорбцию заряда и не включают химическую реакцию.

По этой причине электрический двухслойный конденсатор уступает перезаряжаемым батареям с точки зрения плотности энергии (количества энергии, запасенной на единицу веса или объема). Тем не менее, с другой стороны, они имеют преимущество выходной плотности (количества мощности, которая может быть извлечена мгновенно) и крайне низкого ухудшения производительности (срока службы) из-за повторной зарядки и разрядки. Однако плотность мощности (количество мгновенной мощности, которая может быть извлечена) и ухудшение производительности (срока службы) из-за повторной зарядки и разрядки являются частью преимуществ.

Применение электрических двухслойных конденсаторов

Электрические двухслойные конденсаторы используются в качестве устройств хранения энергии. В то время как перезаряжаемые батареи подходят для приложений, требующих большого количества энергии, электрические двухслойные конденсаторы выбираются для приложений, требующих быстрой зарядки и разрядки и где требуется долговечность.

В частности, они используются в резервных источниках питания для электронных схем в мобильных устройствах, принтерах, копировальных аппаратах, электрических зубных щетках, часах на солнечных батареях и т. д. Они также используются в роботизированной системе питания астероидного зонда Хаябуса и для регенерации энергии при торможении автомобилей.

Принципы работы электрических двухслойных конденсаторов

Электролитический двухслойный конденсатор использует электрический двойной слой, образующийся на границе раздела активных материалов, для создания конденсатора. Емкость C определяется формулой «C=εS/d». Для увеличения емкости C из этой формулы необходимы следующие меры:

• Увеличивая площадь поверхности (S) активного материала
• Уменьшая толщину двойного электрического слоя (d)
• Увеличивая диэлектрическую проницаемость (ε) электролита

Электролит изготавливается путем растворения химических реагентов, таких как соли четвертичного аммония и соли имидазолия в органических растворителях. В качестве активного материала для катода и анода обычно используется активированный уголь. Для увеличения емкости C необходимо принять следующие меры:

• Используя активированный уголь с большой площадью поверхности (малый размер частиц);
• Используя электролиты с малым ионным радиусом и
• Используя органические растворители с высокой диэлектрической проницаемостью.

Зарядка и разрядка конденсаторов используют увеличение заряда на границе между электролитом и электродом, так что положительные и отрицательные ионы в электролите соединяются в пары, когда они адсорбируются на своих соответствующих электродах. Когда накопленный заряд разряжается, ионы десорбируются из двойного электрического слоя. Электрические двухслойные конденсаторы могут быть цилиндрическими или сложенными друг на друга. Цилиндрический тип имеет преимущество в том, что его легко производить. Положительный электрод, отрицательный электрод и сепаратор сложены друг на друга, свернуты и помещены в цилиндр, который затем заполняется электролитом.

Другая информация об электрических двухслойных конденсаторах

1. Срок службы электрических двухслойных конденсаторов

В отличие от батарей, электрические двухслойные конденсаторы не подвергаются химической реакции во время зарядки и разрядки. По этой причине, в то время как емкость перезаряжаемой батареи значительно уменьшается с начальной стадии примерно после 1000 циклов, производительность электрических двухслойных конденсаторов, как говорят, в принципе, почти не изменяется даже после 1 миллиона циклов заряда-разряда. Однако в действительности емкость электрических двухслойных конденсаторов уменьшается из-за следующих факторов:

• Во время зарядки и разрядки конденсатор выделяет тепло из-за внутреннего сопротивления, что приводит к ухудшению характеристик из-за повышения температуры, что приводит к уменьшению емкости.
• При повышении температуры рабочей среды на 10°C скорость деградации удваивается (при рабочей среде 70°C или ниже).
• Электролит разлагается, когда конденсатор подвергается воздействию напряжения, превышающего верхний предел рабочего напряжения.

При использовании электрических двухслойных конденсаторов необходимо учитывать влияние на ожидаемый срок службы и обращать внимание на повышение температуры и смещение напряжения и тока при последовательном или параллельном использовании.

2. Недостатки электрических двухслойных конденсаторов

Недостатки электрических двухслойных конденсаторов следующие:

Высыхание
Это вызвано испарением электролита из уплотнительной секции электрических двухслойных конденсаторов наружу. Этот недостаток можно устранить, используя электролит с высокой температурой кипения или уменьшив уплотнительную секцию.

Утечка жидкости
Утечка может произойти, когда бутилкаучук, используемый для герметизации, изнашивается. Это можно контролировать, уменьшив размер уплотнительной секции, чтобы предотвратить проникновение влаги, вызывающей ухудшение свойств резины, внутрь.

Несовместимо с цепями переменного тока 
Поскольку это изделие предназначено для вторичного электрического использования, например, для резервного питания в цепях постоянного тока, его нельзя использовать в цепях переменного тока.