Giới thiệu về siêu tụ điện

Tụ điện là một linh kiện thụ động hai đầu, được sử dụng rộng rãi trong điện tử. Hầu như, mọi mạch điện chúng ta tìm thấy trong thiết bị điện tử đều sử dụng một hoặc nhiều tụ điện cho các mục đích sử dụng khác nhau. Tụ điện là linh kiện điện tử được sử dụng nhiều nhất sau điện trở. Họ có một khả năng đặc biệt để lưu trữ năng lượng. Có nhiều loại tụ điện khác nhau có sẵn trên thị trường, nhưng một loại tụ điện gần đây đang trở nên phổ biến và hứa hẹn sẽ thay thế hoặc thay thế pin trong tương lai, là siêu tụ điện hay còn gọi là siêu tụ điện. Siêu tụ điện không là gì khác ngoài tụ điện dung lượng cao với giá trị điện dung cao hơn nhiều so với tụ điện bình thường nhưng giới hạn điện áp thấp hơn. pin và chịu được nhiều chu kỳ sạc-xả hơn so với pin có thể sạc lại.

Siêu tụ điện hay Ultracapacitors là một công nghệ lưu trữ năng lượng mới được phát triển mạnh mẽ trong thời hiện đại. Siêu tụ điện đang mang lại lợi ích kinh tế và công nghiệp đáng kể

Điện dung của tụ điện được đo bằng Farad (F), như 0,1uF (microfarad), 1mF (millifarad). Tuy nhiên, trong khi các tụ điện có giá trị thấp hơn khá phổ biến trong điện tử, các tụ điện có giá trị rất cao cũng có sẵn, lưu trữ năng lượng với mật độ cao hơn nhiều và có giá trị điện dung rất cao, có thể dao động ở Farad.

Trong hình trên, hình ảnh siêu tụ điện 2.7V, 1Farad có sẵn tại địa phương được hiển thị. Định mức điện áp thấp hơn nhiều nhưng điện dung của tụ điện trên là khá cao.

Lợi ích của siêu tụ điện hoặc siêu tụ điện

Nhu cầu về siêu tụ điện đang tăng lên từng ngày. Lý do chính cho sự phát triển nhanh chóng và nhu cầu là do nhiều lợi ích khác của Siêu tụ điện, một vài trong số chúng được nêu dưới đây:

• Nó cung cấp tuổi thọ rất tốt với khoảng 1 triệu chu kỳ sạc.
• Nhiệt độ hoạt động gần như là -50 độ đến 70 độ, điều này làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng tiêu dùng.
• Mật độ năng lượng cao lên đến 50 lần, đạt được bằng pin.
• Các vật liệu có hại, kim loại độc hại không phải là một phần của quy trình sản xuất Siêu tụ điện hoặc Siêu tụ điện khiến nó được chứng nhận là thành phần dùng một lần.
• Nó hiệu quả hơn pin.
• Không cần bảo trì so với pin.

Siêu tụ điện lưu trữ năng lượng trong điện trường của nó, nhưng trong trường hợp pin, chúng sử dụng các hợp chất hóa học để lưu trữ năng lượng. Ngoài ra, do khả năng sạc và xả nhanh chóng, các siêu tụ điện đang dần xâm nhập vào thị trường pin. Nội trở thấp với hiệu suất rất cao, không tốn chi phí bảo trì, tuổi thọ cao hơn là lý do chính khiến nhu cầu của nó cao trên thị trường liên quan đến nguồn điện hiện đại.

Năng lượng trong tụ điện

Một cửa hàng tụ năng lượng theo hình thức Q = C x V. Q là viết tắt của Charge trong Coulombs, C là điện dung trong Farads và V là điện áp tính bằng vôn. Vì vậy, nếu chúng ta tăng điện dung thì năng lượng tích trữ Q cũng sẽ tăng lên.

Đơn vị của điện dung là Farad (F) được đặt theo tên của M. Faraday. Farad là đơn vị điện dung liên quan đến coulomb / volt. Nếu chúng ta nói một tụ điện có 1 Farad, thì nó sẽ tạo ra hiệu điện thế 1 volt giữa các bản của nó tùy thuộc vào điện tích 1-coulomb.

1 Farad là một tụ điện có giá trị rất lớn để sử dụng như một linh kiện điện tử nói chung. Trong điện tử, Thông thường, điện dung farad từ microfarad đến Pico được sử dụng. Microfarad được ký hiệu là uF (1 / 1.000.000 Farad hoặc 10 ^-6 F), nano farad là nF (1 / 1.000.000.000 hoặc 10 ^-9 F) và Pico farad là pF (1 / 1.000.000.000.000 hoặc 10 ^-12 F)

Nếu giá trị trở nên cao hơn nhiều, chẳng hạn như mF đến vài Farads (Nói chung là <10F), có nghĩa là tụ điện có thể giữ nhiều năng lượng hơn giữa các bản của nó, tụ điện đó được gọi là siêu tụ điện hoặc Siêu tụ điện.

Năng lượng tích trữ trong tụ điện là E = ½ CV ² Joules. E là năng lượng tích trữ tính bằng jun, C là điện dung tính bằng Farad và V là hiệu điện thế giữa các bản.

Xây dựng

Siêu tụ điện là một thiết bị điện hóa. Điều thú vị là không có phản ứng hóa học nào chịu trách nhiệm lưu trữ năng lượng điện của nó. Chúng có cấu tạo độc đáo, với một tấm hoặc điện cực dẫn điện lớn, được đặt gần nhau với diện tích bề mặt rất nhỏ. Cấu tạo của nó giống như một tụ điện với chất điện phân lỏng hoặc ướt giữa các điện cực của nó. Bạn có thể tìm hiểu về các loại tụ điện tại đây.

Siêu tụ điện hoạt động như một thiết bị tĩnh điện lưu trữ năng lượng điện của nó dưới dạng điện trường giữa các điện cực dẫn điện.

Các điện cực, màu đỏ và xanh lam, được tráng hai mặt. Chúng thường được làm bằng than chì ở dạng ống nano cacbon hoặc gel hoặc một loại cacbon hoạt tính dẫn điện đặc biệt.

Để chặn dòng điện tử lớn giữa các điện cực và ion dương đi qua, người ta sử dụng một màng giấy xốp. Màng giấy cũng ngăn cách các điện cực. Như chúng ta thấy ở hình trên, màng giấy xốp nằm ở giữa có màu xanh lục. Các điện cực và bộ tách giấy được tẩm chất điện phân lỏng. Lá nhôm được sử dụng như một bộ thu dòng để thiết lập kết nối điện.

Bản phân cách và diện tích của các bản này là nguyên nhân quyết định giá trị điện dung của tụ điện. Mối quan hệ có thể được biểu thị là

Trong đó, Ɛ là khả năng cho phép của vật liệu hiện diện giữa các tấm

A là diện tích của tấm

D là khoảng cách giữa các tấm

Vì vậy, trong trường hợp siêu tụ điện, bề mặt tiếp xúc là cần thiết để tăng lên, nhưng có một hạn chế. Chúng ta không thể tăng hình dạng hoặc kích thước vật lý của tụ điện. Để khắc phục hạn chế này, loại chất điện phân đặc biệt được sử dụng để tăng độ dẫn điện giữa các tấm, do đó làm tăng điện dung.

Các siêu tụ điện còn được gọi là tụ điện hai lớp. Có một lý do đằng sau nó. Sự phân tách rất nhỏ và diện tích bề mặt lớn sử dụng chất điện phân đặc biệt, lớp bề mặt của các ion điện phân tạo thành một lớp kép. Nó tạo ra hai cấu trúc tụ điện, một tụ điện ở mỗi điện cực carbon và được đặt tên là tụ điện hai lớp.

Những công trình này có một nhược điểm. Điện áp trên tụ điện trở nên rất thấp vì điện áp phân hủy của chất điện phân. Điện áp phụ thuộc nhiều vào vật liệu điện phân, vật liệu có thể hạn chế khả năng lưu trữ năng lượng điện của tụ điện. Vì vậy, do điện áp đầu cuối thấp, một siêu tụ điện có thể được mắc nối tiếp để lưu trữ điện tích ở mức điện áp hữu ích. Do đó, tụ điện mắc nối tiếp tạo ra điện áp cao hơn bình thường và song song, điện dung trở nên lớn hơn. Có thể hiểu rõ điều này qua kỹ thuật Xây dựng mảng siêu tụ điện dưới đây.

Cấu tạo mảng siêu tụ điện

Để lưu trữ điện tích ở một điện áp cần thiết hữu ích, các siêu tụ điện cần được mắc nối tiếp. Và để tăng điện dung, chúng nên được kết nối song song.

Chúng ta hãy xem cấu tạo mảng của Siêu tụ điện.

Trong hình trên, điện áp tế bào của một tế bào hoặc tụ điện được ký hiệu là Cv, trong khi điện dung của một tế bào đơn lẻ được ký hiệu là Cc. Dải điện áp của một siêu tụ điện từ 1V đến 3V, mắc nối tiếp làm tăng hiệu điện thế và mắc thêm tụ điện song song thì điện dung càng tăng.

Nếu chúng ta tạo mảng, điện áp nối tiếp sẽ là

Tổng điện áp = Điện áp ô (Cv) x Số hàng

Và điện dung song song sẽ là

Tổng điện dung = Điện dung tế bào (Cc) x (Số cột / Số hàng)

Thí dụ

Chúng ta cần tạo một thiết bị lưu trữ dự phòng và để có được siêu tụ điện 2,5F hoặc siêu tụ điện với định mức 6V.

Nếu chúng ta cần tạo mảng sử dụng tụ điện 1F với định mức 3V, thì kích thước mảng và số lượng tụ điện sẽ như thế nào?

Tổng điện áp = Điện áp ô x Số hàng Sau đó, Số hàng = 6/3 Số hàng = 2

Nghĩa là hai tụ điện mắc nối tiếp sẽ có hiệu điện thế 6V.

Bây giờ, điện dung, Tổng điện dung = Điện dung ô x (Số cột / Số hàng) Sau đó, số Coloumn = (2,5 x 2) / 1

Vì vậy, chúng ta cần 2 hàng và 5 cột.

Hãy xây dựng mảng,

Tổng năng lượng được lưu trữ trong mảng là

Các siêu tụ điện rất tốt trong việc lưu trữ năng lượng và là nơi cần sạc hoặc xả nhanh. Nó được sử dụng rộng rãi như các thiết bị dự phòng, nơi cần cấp nguồn dự phòng hoặc xả nhanh. Chúng tiếp tục được sử dụng trong Máy in, ô tô và các thiết bị điện tử dùng được khác nhau.