Siêu tụ điện - thiết bị, ứng dụng thực tế, ưu điểm và nhược điểm

siêu tụ điện là gì

Siêu tụ điện hoặc siêu tụ điện giống như tụ điện điện phân thông thường, mặc dù chúng khác với tụ điện sau ở công suất điện cao hơn nhiều (tụ điện cực lớn). Về tính chất của nó, một ionistor là sự kết hợp giữa pin và tụ điện. Thiết bị của anh ấy có thể được mô tả như một tụ điện có hai lớp điện, không phải vô cớ mà các siêu tụ điện được gọi là EDLC - Electric Double Layer Capacitor trong các tài nguyên tiếng Anh.

Một tụ điện như vậy hoạt động nhờ các quá trình điện hóa diễn ra trong nó chứ không chỉ đơn giản là do điện trường được lưu trữ trong chất điện môi giữa các bản, như trong một tụ điện thông thường. Không có lớp điện môi cổ điển giữa các tấm và bản thân các tấm được làm bằng các chất khác nhau mang điện tích loại ngược lại.

Đến mức mà điện dung của tụ điện tỷ lệ thuận với diện tích của các tấm của nó; để có được công suất lớn, cần phải có diện tích tấm rộng rãi. Chính vì lý do này mà các điện cực của siêu tụ điện thường được làm bằng carbon xốp, tạo ra một diện tích «tấm» rất đáng kể.

Các điện cực được phân tách bằng một dải phân cách và nằm trong chất điện phân axit hoặc kiềm rắn. Bộ phân tách loại bỏ hiện tượng đoản mạch giữa các điện cực. Chất điện phân kết tinh của rubidi, bạc và iốt giúp tạo ra các ionistor công suất cao, ít tự phóng điện, chịu được nhiệt độ thấp.

Ví dụ, các siêu tụ điện có điện trở trong thấp thu được trên cơ sở dung dịch axit sunfuric, nhưng điện áp hoạt động của các siêu tụ điện này bị giới hạn ở 1 vôn, ngoài ra, các dung dịch này độc hại nên ít được sử dụng.

Một phản ứng điện hóa trong siêu tụ điện làm cho một số electron rời khỏi các điện cực, làm tích điện dương cho các điện cực. Các ion âm bị chất điện phân hút về các điện cực tích điện dương. Điều này tạo thành một lớp điện.

Do đó, điện tích của siêu tụ điện được lưu trữ ở giao diện giữa carbon và chất điện phân, và độ dày của lớp điện được hình thành bởi các cation và anion chỉ từ 1-5 nm, tương đương với khoảng cách rất nhỏ giữa các bản tụ điện. . Điều này dẫn đến điện dung đáng kể được đo bằng farad. Siêu tụ điện có cực nên khi nối vào mạch phải quan sát đúng cực.

Ứng dụng của siêu tụ điện

Ngày nay, siêu tụ điện thường được tìm thấy trong công nghệ kỹ thuật số với vai trò là nguồn điện dự phòng cho bộ vi điều khiển, mạch bộ nhớ, chip CMOS, đồng hồ điện tử, v.v.

Khi được sử dụng cùng với pin, siêu tụ điện cũng có thể tăng hiệu suất và cho phép giảm trọng lượng và kích thước của pin, cung cấp thêm năng lượng trong thời gian tải cao nhất.

Nằm ở vị trí trung gian giữa tụ điện và pin, siêu tụ điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: lưu trữ năng lượng trong hệ thống phanh tái tạo, ứng dụng năng lượng thấp và ứng dụng sạc nhanh (sét, đầu đĩa, bộ nhớ, v.v.).

Tương lai có thể bao gồm các thiết bị điện tử cầm tay, ô tô điện và bất cứ thứ gì chạy bằng pin ngày nay, với lợi thế là chúng có thể được sạc trong vài phút. Siêu tụ điện cũng không thể thiếu khi cần một số lượng lớn chu kỳ phóng điện trong điều kiện tiêu thụ điện năng ngắn hạn.

Chúng tôi chỉ liệt kê một số lĩnh vực ứng dụng siêu tụ điện thành công hiện nay:

• năng lượng gió,
• Thiết bị y tế,
• cung cấp năng lượng dự phòng,
• dự trữ năng lượng,
• tái tạo năng lượng phanh,
• thực phẩm cho điện tử tiêu dùng và thiết bị nhà bếp,
• cấp nguồn cho đèn LED và cảm biến,
• bộ nhớ dự phòng,
• duy trì nguồn điện của khóa điện tử,
• ổn áp.

Ưu điểm và nhược điểm

Nhược điểm của siêu tụ điện bao gồm điện áp hoạt động thấp (lên đến 2,7 volt mỗi tế bào, dẫn đến nhu cầu thu thập siêu tụ điện trong pin) và giá khá cao so với pin và tụ điện.

Các đặc điểm tích cực của siêu tụ điện: tốc độ sạc và xả, tài nguyên hàng trăm nghìn chu kỳ, không cần bảo trì, kích thước và trọng lượng nhỏ, dễ sử dụng, dải nhiệt độ hoạt động rộng, tuổi thọ cao.

Xem thêm: Sự khác biệt giữa pin và tụ điện là gì