Supercondensatoren — apparaat, praktische toepassing, voor- en nadelen

Wat is een supercondensator

Supercondensatoren of supercondensatoren lijken op gewone elektrolytische condensatoren, hoewel ze van de laatste verschillen in een veel hogere elektrische capaciteit (extreem grote condensatoren). Een ionistor is qua eigenschappen een kruising tussen een batterij en een condensator. Zijn apparaat is te omschrijven als een condensator met een elektrische dubbellaag, niet voor niets heten supercondensatoren EDLC — Electric Double Layer Capacitor in Engelse bronnen.

Zo'n condensator werkt dankzij de elektrochemische processen die erin plaatsvinden, en niet simpelweg dankzij het elektrische veld dat is opgeslagen in het diëlektricum tussen de platen, zoals in een conventionele condensator. Er is geen klassieke diëlektrische laag tussen de platen en de platen zelf zijn gemaakt van stoffen die verschillen in ladingsdragers van het tegenovergestelde type.

Voorzover capaciteit van de condensator is recht evenredig met het oppervlak van zijn platen; om een ​​grote capaciteit te verkrijgen, is het noodzakelijk om een ​​groot oppervlak van de platen te hebben. Het is om deze reden dat de elektroden van de supercondensator meestal zijn gemaakt van geschuimde koolstof, wat een zeer aanzienlijk gebied van «platen» oplevert.

De elektroden zijn gescheiden door een separator en bevinden zich in een vaste zure of alkalische elektrolyt. De separator elimineert een kortsluiting tussen de elektroden. De kristallijne elektrolyt van rubidium, zilver en jodium maakt het mogelijk om ionistoren met een hoge capaciteit en lage zelfontlading te creëren, die bestand zijn tegen lage temperaturen.

Supercondensatoren met lage interne weerstand worden bijvoorbeeld verkregen op basis van zwavelzuuroplossing, maar de bedrijfsspanning van dergelijke supercondensatoren is beperkt tot 1 volt, bovendien zijn dergelijke oplossingen giftig, dus worden ze zelden gebruikt.

Een elektrochemische reactie in de supercondensator zorgt ervoor dat een deel van de elektronen de elektroden verlaat, waardoor de elektroden positief worden opgeladen. Negatieve ionen worden door de elektrolyt naar de positief geladen elektroden getrokken. Dit vormt een elektrische laag.

Dientengevolge wordt de lading van de supercondensator opgeslagen op het grensvlak tussen koolstof en elektrolyt, en de dikte van de elektrische laag gevormd door kationen en anionen is slechts 1-5 nm, wat overeenkomt met een zeer kleine afstand tussen de condensatorplaten . Dit resulteert in een aanzienlijke capaciteit gemeten in farads. De supercondensator is polair, daarom is het bij aansluiting op het circuit noodzakelijk om de juiste polariteit in acht te nemen.

Toepassing van supercondensatoren

Tegenwoordig worden supercondensatoren vaak aangetroffen in digitale technologie als back-upvoedingen voor microcontrollers, geheugencircuits, CMOS-chips, elektronische klokken en meer.

Bij gebruik in combinatie met batterijen kunnen supercondensatoren ook de efficiëntie verhogen en het gewicht en de grootte van batterijen verminderen, waardoor extra vermogen wordt geleverd tijdens piekbelastingen.

Omdat ze zich in een tussenpositie bevinden tussen condensatoren en batterijen, zijn supercondensatoren toepasbaar op verschillende gebieden: energieopslag in regeneratieve remsystemen, toepassingen met laag vermogen en toepassingen voor snel opladen (bliksem, speler, geheugen, enz.).

De toekomst omvat waarschijnlijk draagbare elektronische apparaten, elektrische auto's en alles wat tegenwoordig op batterijen werkt, met het voordeel dat ze in enkele minuten kunnen worden opgeladen. Supercondensatoren zijn ook onmisbaar wanneer een groot aantal laad-ontlaadcycli vereist is bij kortstondig stroomverbruik.

We noemen slechts enkele van de gebieden van succesvolle toepassing van supercondensatoren vandaag:

• windenergie,
• medische apparatuur,
• redundante voeding,
• energiereserve,
• regeneratie van remenergie,
• voedsel voor consumentenelektronica en keukenapparatuur,
• LED's en sensoren van stroom voorzien,
• back-up geheugen,
• onderhoud van de stroomvoorziening van elektronische sloten,
• spanningsstabilisatie.

Voor-en nadelen

De nadelen van supercondensatoren zijn onder meer een lage bedrijfsspanning (tot 2,7 volt per cel, wat leidt tot de noodzaak om supercondensatoren in batterijen te verzamelen) en een vrij hoge prijs in vergelijking met batterijen en condensatoren.

Positieve eigenschappen van supercondensatoren: laad- en ontlaadsnelheid, bron van honderdduizenden cycli, onderhoudsvrij, klein formaat en gewicht, gebruiksgemak, breed scala aan bedrijfstemperaturen, lange levensduur.

Zie ook: Wat is het verschil tussen batterijen en condensatoren