Superkondenzátor namiesto batérie

Superkondenzátory sú zariadenia na ukladanie energie, ktoré dokážu uložiť veľké množstvo

elektrickej energie v malom objeme.

Keď hovoríme o ukladaní energie, zvyčajne si okamžite predstavíme batérie. Batérie však kvôli svojim

chemickým vlastnostiam vyžadujú určitý čas na nabitie (a vybitie). Dve najrozvinutejšie technológie v

súčasnosti sú olovené a lítiové batérie. Tieto však majú značné nevýhody, ako je obmedzená hĺbka

vybitia: 50 % pre olovené batérie a 30 % pre lítiové batérie. Okrem toho ich životnosť vysoko závisí od

ich použitia. Systémy na ukladanie energie so superkondenzátormi tento problém riešia. Vstupujú do

sveta ukladania energie a prezentujú sa ako vysoko technologické a revolučné produkty.

Superkondenzátory sa od tradičných kondenzátorov líšia dvoma spôsobmi: majú väčšiu plochu dosiek

a užšiu medzeru medzi nimi. V tradičných kondenzátoroch sú dve dosky potiahnuté pórovitým

kovovým materiálom. Poskytujú veľmi veľký povrch na ukladanie náboja a sú oddelené keramickým

dielektrikom. Po nabití kondenzátora sa elektrické pole vytvorí polarizáciou dvoch dosiek.

Dielektrikum sa potom polarizuje a zarovná molekuly oproti elektrickému poľu, čím sa zníži jeho sila a

dosky umožnia ukladať viac náboja.

V superkondenzátore však nie je tradičné dielektrikum. Namiesto toho sú dve dosky ponorené do

elektrolytu a oddelené veľmi tenkou vrstvou plastu (induktor). Keď sa dosky nabijú, náboj sa hromadí

na oboch stranách induktora, čím sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva. Kombinácia týchto

charakteristík umožňuje superkondenzátoru dosiahnuť oveľa vyššie kapacity, pretože dosky majú

väčší povrch a kratšiu medzeru.

https://blog-admin.kremik.sk/admin/collections/obrazok/695f7dc243bb4a98750d067b

Elektródy superkondenzátora sú zvyčajne vyrobené z pórovitého uhlíka alebo oxidu kovu. Elektrolyt

je vodivá kvapalina, ktorá umožňuje prúdenie elektrického náboja medzi elektródami.

Ako funguje superkondenzátor?

Činnosť superkondenzátora je založená na fyzikálnom princípe akumulácie elektrického náboja na

povrchu elektród, ktoré tvoria elektrostatickú dvojitú vrstvu. Keď sa na elektródy aplikuje rozdiel

potenciálov, ióny v tekutom elektrolyte sa pohybujú smerom k elektródam. Potom majú tendenciu

hromadiť sa na povrchoch elektród. To vytvára rozdiel potenciálov medzi elektródami, ktorý generuje

elektrické pole, ktoré dokáže ukladať energiu.

Množstvo energie, ktoré je možné uložiť, závisí predovšetkým od povrchu elektród a vzdialenosti

medzi nimi. Čím väčší je povrch a čím kratšia je vzdialenosť medzi elektródami, tým väčšie je

množstvo energie, ktoré je možné uložiť. Počas vybíjania superkondenzátora sa ióny pohybujú z

kladnej elektródy na zápornú elektródu a generujú elektrický prúd. Tento proces môže prebiehať

veľmi rýchlo, čo umožňuje superkondenzátoru veľmi rýchlo uvoľniť uloženú energiu.

Superkondenzátory robia vo svete skladovania energie významný pokrok a už teraz sa široko

používajú, okrem iného, na záložné zdroje napájania pre mobilné telefóny a rozširovanie batériových

blokov, ktoré vyžadujú veľmi vysoké počiatočné prúdy. V súčasnosti získavajú čoraz väčšiu popularitu

v skladovacích systémoch pre fotovoltaické systémy. V poslednej dobe sa superkondenzátory čoraz

častejšie používajú v špecializovanejších aplikáciách, ako napríklad:

Elektrické vozidlá: Superkondenzátory sa môžu používať v spojení s batériami v elektrických vozidlách

na zabezpečenie energie počas zrýchľovania a brzdenia.

 Obnoviteľné zdroje energie: Superkondenzátory umožňujú ukladanie energie vyrobenej z

obnoviteľných zdrojov energie a jej riadené uvoľňovanie v prípade potreby. To môže pomôcť vyvážiť

výrobu a spotrebu energie a znížiť používanie neobnoviteľných zdrojov energie.

 Spotrebná elektronika: V zariadeniach spotrebnej elektroniky, ako sú mobilné telefóny alebo

tablety, superkondenzátory umožňujú dodávať energiu počas špičkovej spotreby a znižovať

namáhanie batérie.

 Priemyselná automatizácia: Superkondenzátory sú užitočné na zabezpečenie energie pre

elektromotory a iné zariadenia počas zrýchľovania a spomaľovania.

Okrem toho sa čoraz viac hovorí o internete vecí a superkondenzátory by mohli v tomto prechode

zohrať dôležitú úlohu. Mnohé zariadenia v sieti sa často spoliehajú na úložné systémy, ktoré

zabezpečujú ich nepretržitú prevádzku. Superkondenzátor má v skutočnosti obrovskú hustotu

energie v pomere k svojmu objemu, takže by mohol byť jeho neoddeliteľnou súčasťou. Nakoniec sa

vyvíjajú nové technológie, vďaka ktorým by boli superkondenzátory flexibilnejšie, a preto vhodné pre

akýkoľvek typ aplikácie.

Neustály nárast objemov výroby a neustály vznik nových výrobcov naznačuje obrovský potenciál a

obrovskú pozornosť, ktorú energetický priemysel venuje tejto technológii. Môžeme s istotou

povedať, že budú hrať zásadnú úlohu v nadchádzajúcom energetickom prechode.

Ako sa nabíjajú superkondenzátory?

Superkondenzátory sa dajú nabíjať rôznymi spôsobmi v závislosti od špecifík aplikácie a samotného

superkondenzátora. Hlavné metódy nabíjania sú:

 Konštantné nabíjanie: Na svorky superkondenzátora sa privádza konštantný prúd. Táto metóda je

veľmi jednoduchá, ale dosiahnutie úplného nabitia si vyžaduje čas.

 Pulzné nabíjanie: Na superkondenzátor sa privádza séria prúdových impulzov. Je to rýchlejšie ako

konštantné nabíjanie, ale môže vyžadovať presnejšiu kontrolu priebehu impulzov, aby sa zabránilo

prehriatiu superkondenzátora.

 Nabíjanie konštantným napätím: Na svorky superkondenzátora sa privádza konštantné napätie.

Nabíjací prúd sa mení v závislosti od vnútorného odporu superkondenzátora a nabíjacieho napätia,

takže čas nabíjania sa môže líšiť.

 Nabíjanie konštantným prúdom s koncovým napätím: Konštantný prúd sa aplikuje, kým napätie

superkondenzátora nedosiahne určitú hodnotu, potom sa prúd znižuje, kým sa nedosiahne koncové

napätie.

 Rýchle nabíjanie: Veľmi vysoké napätie alebo prúd sa aplikuje na krátky čas. Ide o veľmi rýchlu

metódu, ale môže spôsobiť prehriatie superkondenzátora.

Aký je základný rozdiel medzi batériou a superkondenzátorom?

Superkondenzátory majú podobnosti s tradičnými batériami. Hoci spočiatku mali nízku hustotu

energie, nedávny vývoj im umožnil ľahko konkurovať konvenčným batériám.

Hustota výkonu je však iný príbeh. Superkondenzátor má zvyčajne hodnoty 10-krát vyššie ako

konvenčná batéria. Superkondenzátory sú preto schopné zvládnuť oveľa rýchlejšie cykly nabíjania a

vybíjania. Okrem toho majú výrazne dlhšiu životnosť (20 000 cyklov), širšie rozsahy prevádzkových

teplôt (-20 °C až 60 °C) a vysokú špičkovú rýchlosť vybíjania pre záťaže vyžadujúce vysoký výkon na krátky čas (až 300 A).

Ako dlho vydrží superkondenzátor?

Životnosť superkondenzátora závisí od mnohých faktorov, ako je jeho kvalita, dizajn, podmienky

prostredia, v ktorých sa používa, a spôsob jeho používania. Superkondenzátory sú vo všeobecnosti

navrhnuté tak, aby mali veľmi dlhú prevádzkovú životnosť, často presahujúcu 10 rokov. Na rozdiel od

batérií nemajú superkondenzátory žiadne pohyblivé časti ani chemické zložky, ktoré by sa časom

opotrebovávali, čo znamená, že ich možno spoľahlivo používať mnoho rokov bez nutnosti výmeny.

Existujú však určité dôležité opatrenia na zabezpečenie maximálnej životnosti superkondenzátorov.

Napríklad je potrebné dodržiavať maximálne napätie a maximálny vybíjací prúd, aby sa predišlo

poškodeniu komponentov. Okrem toho môže životnosť superkondenzátorov ovplyvniť aj vystavenie

extrémnym teplotám alebo priamemu slnečnému žiareniu. Preto výrobcovia superkondenzátorov

často poskytujú podrobné špecifikácie o ideálnych prevádzkových podmienkach, aby sa zabezpečila

čo najdlhšia životnosť zariadenia.