- Avantatges del supercondensador o ultracondensador
- Energies al condensador
- Construcció de
- Construcció de matriu de supercondensadors
- Exemple
El condensador és un component passiu de dos terminals, que s’utilitza àmpliament en electrònica. Gairebé tots els circuits que trobem a l’electrònica utilitzen un o més condensadors per a diversos usos. Els condensadors són el component electrònic més utilitzat després de les resistències. Tenen una capacitat especial per emmagatzemar energia. Hi ha diferents tipus de condensadors disponibles al mercat, però un que està guanyant popularitat recentment i promet una substitució o alternativa de bateries en el futur, són els supercondensadors o també coneguts com a ultracondensadors.. Un supercondensador no és res més que un condensador d’alta capacitat amb valors de capacitat molt superiors als condensadors normals, però amb límits de voltatge més baixos. Poden emmagatzemar 10 a 100 vegades més energia per unitat de volum o massa que els condensadors electrolítics, poden rebre i lliurar càrrega molt més ràpid bateries i toleren més cicles de càrrega-descàrrega que les bateries recarregables.
Els supercondensadors o ultracondensadors són una nova tecnologia d’emmagatzematge d’energia que s’ha desenvolupat molt en els temps moderns. Els supercondensadors proporcionen importants avantatges industrials i econòmics
La capacitat d'un condensador es mesura en Farad (F), com ara.1uF (microfarad), 1mF (millifarad). Tanmateix, tot i que els condensadors de menor valor són bastant habituals a l’electrònica, també hi ha disponibles condensadors de molt alt valor, que emmagatzemen energia en densitats molt més altes i estan disponibles en un valor de capacitància molt alt.
A la imatge anterior, es mostra una imatge de super condensador de 2,7 V, 1Farad disponible localment. La tensió nominal és molt inferior, però la capacitat del condensador anterior és bastant alta.
Avantatges del supercondensador o ultracondensador
La demanda de supercondensadors augmenta dia a dia. La principal raó del ràpid desenvolupament i demanda es deu a molts altres avantatges dels supercondensadors, alguns d’ells es detallen a continuació:
- Proporciona una vida útil molt bona d’uns 1 milió de cicles de càrrega.
- La temperatura de funcionament és de -50 a 70 graus gairebé, cosa que el fa adequat per al seu ús en aplicacions de consum.
- Una alta densitat de potència fins a 50 vegades, que s’aconsegueix amb les bateries.
- Els materials nocius, els metalls tòxics no formen part del procés de fabricació dels supercondensadors o ultracondensadors, cosa que el fa certificar com a component d’un sol ús.
- És més eficient que les bateries.
- No requereix cap manteniment en comparació amb les bateries.
Els supercondensadors emmagatzemen energies al seu camp elèctric, però en cas de bateries, utilitzen compostos químics per emmagatzemar energies. A més, a causa de la seva capacitat per carregar i descarregar ràpidament, els supercondensadors entren lentament al mercat de les bateries. La baixa resistència interna amb una eficiència molt alta, sense costos de manteniment i una vida més elevada són la raó principal de la seva gran demanda en el mercat modern de fonts d’energia.
Energies al condensador
Una botiga condensador energies en forma de Q = C x V. Q significa Charge in Coulombs (Càrrega en Coulombs), C for capacitance en Farads i V for voltage in volts. Per tant, si augmentem la capacitat, l’energia emmagatzemada Q també augmentarà.
La unitat de capacitat és Farad (F) que rep el nom de M. Faraday. Farad és la unitat de capacitat respecte al coulomb / volt. Si diem un condensador amb 1 Farad, aleshores crearà una diferència de potencial d’1 volt entre les seves plaques en funció de la càrrega d’1 coulomb.
1 Farad és un condensador de valor molt gran per utilitzar-lo com a component electrònic general. En electrònica, generalment, s’utilitza la capacitat de farada de microfarad a Pico. Microfaradios es denota com uF (1 / 1.000.000 Farad o 10 -6 F), nano farad com nF (1 / mil milions o 10 -9 F) i Pic Farad com pF (1 / 1.000.000.000.000 OR10 -12 F)
Si el valor augmenta molt, com ara mF a pocs Farads (generalment <10F), significa que el condensador pot contenir moltes més energies entre les seves plaques, aquest condensador es diu Ultra condensador o Supercapacitor.
Les energies emmagatzemades en un condensador són E = ½ CV 2 Joules. E és l'energia emmagatzemada en joules, C és la capacitat de Farad i V és la diferència de potencial entre les plaques.
Construcció de
El supercondensador és un dispositiu electroquímic. Curiosament, no hi ha reaccions químiques encarregades d'emmagatzemar les seves energies elèctriques, sinó que tenen una construcció única, amb una gran placa conductora o elèctrode, que estan molt a prop amb una superfície molt petita. La seva construcció és la mateixa que un condensador electrolític amb un electròlit líquid o humit entre els seus elèctrodes. Podeu obtenir informació sobre diferents tipus de condensadors aquí.
El supercondensador actua com un dispositiu electrostàtic que emmagatzema la seva energia elèctrica com a camp elèctric entre els elèctrodes conductors.
Els elèctrodes, vermell i blau, estan revestits de doble cara. Generalment es fabriquen amb carboni de grafit en forma de nanotubs o gels de carboni o un tipus especial de carbons activats conductors.
Per bloquejar el gran flux d’electrons entre elèctrodes i passar l’ió positiu, s’utilitza una membrana de paper porosa. La membrana de paper també separa els elèctrodes. Com podem veure a la imatge anterior, la membrana de paper porosa està situada al centre, de color verd. Els elèctrodes i el separador de paper s’impregnen de l’electròlit líquid. El paper d'alumini s'utilitza com a col·lector de corrent que estableix la connexió elèctrica.
La placa de separació i l'àrea de les plaques són responsables del valor de la capacitat del condensador. La relació es pot denotar com a
On, Ɛ és la permitivitat del material present entre les plaques
A és la zona de la placa
D és la separació entre plaques
Per tant, en cas de supercondensador, cal augmentar la superfície de contacte, però hi ha una limitació. No podem augmentar la forma física ni la mida del condensador. Per superar aquesta limitació s’utilitzen tipus especials d’electròlits per augmentar la conductivitat entre plaques i augmentar així la capacitat.
Els supercondensadors també es diuen condensadors de doble capa. Hi ha una raó darrere. Amb una separació molt petita i una gran superfície mitjançant electròlit especial, la capa superficial dels ions electrolítics forma una doble capa. Crea dos condensadors de construcció, un a cada elèctrode de carboni i anomenat condensador de doble capa.
Aquestes construccions tenen un inconvenient. La tensió a través del condensador es va fer molt baixa a causa de la tensió de descomposició de l’electròlit. El voltatge depèn en gran mesura del material electròlit, ja que el material pot limitar la capacitat d’emmagatzematge d’energia elèctrica del condensador. Per tant, a causa del baix voltatge del terminal, es pot connectar un supercondensador en sèrie per emmagatzemar la càrrega elèctrica a un nivell de voltatge útil. A causa d'això, el supercondensador en sèrie produeix una tensió superior a l'habitual i, en paral·lel, la capacitat es va fer més gran. Es pot entendre clarament mitjançant la tècnica de construcció de matrius de supercondensadors.
Construcció de matriu de supercondensadors
Per emmagatzemar la càrrega a una tensió necessària útil, cal connectar els supercondensadors en sèrie. I per augmentar la capacitat s’haurien de connectar en paral·lel.
Vegem la construcció de matriu del supercondensador.
A la imatge anterior, el voltatge de la cel·la d’una sola cel·la o condensador es denota com Cv, mentre que la capacitat d’una sola cel·la es denota com Cc. El rang de tensió d’un supercondensador és d’1V a 3V, les connexions en sèrie augmenten la tensió i més condensadors en paral·lel augmenten la capacitat.
Si creem la matriu, el voltatge en sèrie serà
Voltatge total = Voltatge de la cel·la (Cv) x Nombre de files
I la capacitat en paral·lel serà
Capacitat total = Capacitat de la cel·la (Cc) x (Nombre de columna / Nombre de fila)
Exemple
Hem de crear un dispositiu d’emmagatzematge de còpia de seguretat i, per a això, es necessita un supercapacitor o un supercondensador de 2,5 F amb la qualificació de 6 V.
Si necessitem crear la matriu mitjançant condensadors 1F amb la qualificació de 3 V, quina serà la mida de la matriu i les quantitats dels condensadors?
Voltatge total = Voltatge de la cel·la x Número de fila Després, Número de fila = 6/3 Número de fila = 2
Vol dir que dos condensadors en sèrie tindran una diferència de potencial de 6 V.
Ara, la capacitat, Capacitat total = Capacitat de cel·la x (Número de columna / Número de fila) A continuació, Número de columna = (2,5 x 2) / 1
Per tant, necessitem 2 files i 5 columnes.
Construïm la matriu,
L'energia total emmagatzemada a la matriu és
Els supercondensadors són bons per emmagatzemar energia i on es necessita una càrrega o descàrrega ràpida. S'utilitza àmpliament com a dispositius de còpia de seguretat, on es necessita una font d'alimentació o una descàrrega ràpida. A més, s’utilitzen en impressores, cotxes i diversos dispositius electrònics potables.