Az EVerCAP EDLC szuperkondenzátor

Triviális megfigyelés, hogy az emberek azért ismerik kevésbé a kondenzátorokat, mint az akkumulátorokat, mert az előbbieknek sokkal hosszabb az  élettartama, és kevesebbszer okoznak meghibásodást a berendezésben. Ráadásul az utóbbiaknak a töltéséről rend­szeresen gondoskodni szükséges, sőt, a készülék élettartama alatt nemegyszer cserélni is kell azokat.

Gyorsabb az akkumulátornál és energiahatékonyabb az alumíniumelektrolitná 

A kondenzátorok karbantartásmentes tulajdonságán kívül – amely az „EVerCAP” szuperkondenzátorokra is jellemző – még az is nagyon vonzóvá teszi ezt az eszközt, mint célszerű akkumulátorhelyettesítőt, hogy nagyon magas energiasűrűséggel rendelkezik. Számos esetben az is előfordul, hogy akkumulátorokat használó alkalmazásokban a nagy energiafelhasználás fedezésére „túlméretes” darabok kerülnek beépítésre. Ez a túlméretezés megszüntethető vagy legalább csökkenthető egy hibrid megoldással, amely az akkumulátort az Electric Double Layer Capacitors (EDLC) kondenzátorral együtt használja.

Az EDLC már az 1960-as évektől létezik, de csak manapság kezdték el olyan mennyiségben gyártani, hogy igazán versenyképessé váljon.

„Electric double-layer capacitor”

Az EVerCAP, amely EDLC néven is ismert, alapjaiban véve egy energiatároló egység, amely olyan berendezésekben helyettesítheti az akkumulátorokat, mint például a számítógépek vagy az autóipari alkalmazások milliói. Ami az energiatárolóként való felhasználását illeti, átmenetet jelent az alumínium-elektrolitkondenzátorok és az akkumulátorok között. Minden olyan eszközben használható, ahol követelmény a nagy kapacitás és a gyors kisülés, illetve ezek az eszközök jelentős előnnyel járnak olyan helyeken, ahol magas a „csúcsigény”, illetve nagy terhelőáramokat kell előállítani.
Az EDLC egy olyan elektrokémiai egység, amely többszörösen nagyobb energiasűrűségű töltéstárolást tesz lehetővé a hagyományos elektrolitikus kondenzátoroknál, és a töltés/kisülés ciklus is kb. 100-szor gyorsabb, mint az akkumulátorok vagy üzemanyagcellák esetében (összehasonlításukat lásd az 1. ábrán). Lényegében két EDLC-típus létezik: a nagy teljesítménysűrűségű változat rövid ideig nagy terhelőáramokat képes előállítani, illetve a nagy energiasűrűségű típus, amely hosszabb időn keresztül képes fenntartani az energiaszolgáltatást (nagyobb a „backup idő”). Ezenkívül nem elhanyagolhatók az EDLC környezetbarát tulajdonságai sem: az eszköz ugyanis olyan anyagokat alkalmaz, mint az alumíniumfólia, az aktív szén és a cellulóz, amelyek nem okoznak környezeti kockázatot; ugyanakkor nem használnak olyan – az akkumulátorokban jellemzően megtalálható – veszélyes anyagokat, mint az ólom vagy kadmium.

1. ábra A különféle elektromos energiatárolási módszerek összehasonlítása

Az EDLC struktúrája

Az EDLC nem új koncepció. Az elektromos áram tárolása ilyen formában – egy elektrolit és egy szilárd test között – már több mint egy évszázada ismert. Az elektromos töltést általában szénporral bevont, nagy felületű rétegek (anód/katód) és az elektrolit között tárolják.Innen is ered a neve: kettős rétegű kondenzátor (2. ábra). Az EDLC kapacitásértéke az aktív szénnel bevont felületektől függ.

2. ábra Az EDLC rétegszerkezete

Az akkumulátor kémiai úton tárolja az energiát, és sokkal nagyobb energiasűrűséggel rendelkezik, mint egy kondenzátor vagy EDLC, de elektródáin – az anyagszerkezetre is kiható – fizikai-kémiai változások is végbemennek a töltött és kisült állapot között. A kondenzátor vagy EDLC töltött és kisült állapota közötti különbséget elsődlegesen egy olyan fizikai reakció adja (abszorpció és szétáramlás az elektróda és az elektrolit között), amely közben a töltöttségi állapot változásával nem lép fel jelentős változás az anyag makroszerkezetében. Ezért az EDLC élettartama sokkal nagyobb, kb. egy millió töltés/kisülés-ciklust képes elviselni, mivel az elektróda és az elektrolit degradációja jóval kisebb, mint az akkumulátorok esetében.

Nagy kapacitás, gyors töltés/kisülés és így tovább …

Az EDLC elemek iránti egyre nagyobb érdeklődés az olyan különleges tulajdonságainak köszönhető, mint például az extrém magas kapacitás, amely a hagyományos alumínium elektrolitkondenzátorokhoz képest több, mint 1000-szeres, illetve a széles működési hőmérséklet-tartomány (‑25 °C-tól +60…70 °C-ig). Az egyre bővülő piacon az eszközök hosszú élettartamán kívül a töltés/kisütési idő (30 másodperctől 30 percig) is megkülönbözteti ezeket az eszközöket. Az EDLC belső ellenállása nagyon alacsony, de a töltés/kisülési hatékonysága 90-95% között van. Ezenkívül nincs ún. „memóriahatás” sem, amely egyébként befolyásolja a Ni-Cad akkumulátorok teljesítményét, például olyan formában, hogy fokozatosan veszítenek kapacitásukból, ha rendszeresen előfordul, hogy részleges kisülés után újratöltik azokat.

Alkalmazás

Az EDLC-k fő alkalmazási területe az energiatárolás – elsődlegesen tehát az akkumulátorok helyettesítése vagy kiváltása. Nagyon vonzó megoldást jelentenek, ha terhelés kiegyenlítéséről vagy energia-visszanyerésről van szó, mint például a hibrid elektromos gépjárművek (HEV) esetében. Egy kis EDLC egyszerű eszközként alkalmazható memória- vagy CPU-tápfeszültségforrásként számítógépekben, ha ezeknek az eszközöknek a működését kikapcsolt (hálózati tápellátás nélküli) állapotban is fenn kell tartani. Soros vagy párhuzamos kapcsolással az energiatároló kondenzátorok feszültsége, illetve árama is megnövelhető. Olyan alkalmazásokban, mint például a szélerőművek, szünetmentes tápegységek stb. több tucat ilyen egységre is szükség lehet, hogy a kívánt teljesítmény rendelkezésre álljon. A továbbiakban néhány fontos alkalmazási lehetőséget említünk.

Energiatárolás

• Energiamegtakarítás és környezetbarát alkalmazások, amelyek energiatároló eszközöket alkalmaznak a készenléti állapothoz, például TV-készülékek, set-top boxok, játékkonzolok, vezeték nél­küli távirányító eszközök vagy légkondicionálók.

• Rövid távú tartalékenergia-ellátás (backup) különböző elektromos készülékekben; a savas akkumulátorokkal elérhetőnél kisebb súllyal és hosszabb élettartammal.

• Életmentő/életfenntartó berendezésekben gyakorlatilag karbantartásmentes környezet valósítható meg; mivel szükségtelenné teszi az akkumulátorok cseréjét.

• Alternatív elektromos ellátás, napelemekkel együtt alkalmazva.
  Az ilyen rendszerek energiaforrásként használhatók a közvilágítási lámpákban és közlekedési jelzőfényekben.

Terheléskiegyenlítés, rendszervédelem

• Vezérlőrendszerek – hatékonyan alkalmazhatók elektromos berendezésekben, ahol a nappali és éjszakai terhelés közötti különbséget kell kiegyenlíteni.

• Napelemek és szélerőművek esetében az idő- és időjárásfüggő energiatermelés és -fogyasztás eltéréseinek kiegyenlítésére.

• Elektromos berendezésekben és az autóipar energiavisszanyerő rendszereiben. Hasznos alkatrész lehet például hibrid- és elektromos járművekben a visszanyert fékezési energia tárolására.

EVerCAPs EDLC termékek a Nichicon kínálatából

• UM és UW, THT oldalkivezetéses sorozat, 0,47…82 F kapacitással, 2,5 V vagy 2,7 V üzemi feszültséggel.

• Az EVerCAPs bepattintható JC-sorozata. Kapacitás: 15…150 F, üzemi feszültség 2,5 V.

Összefoglalás

A Nichicon kínálatában található EVerCAP EDLC-termékek előnyösek azokban az alkalmazásokban, ahol hosszú élettartam, valamint gyors töltés/kisülés szükséges. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik, hogy az EVerCAP szuperkondenzátor valóban alternatívát nyújtson az akkumulátorok cseréléséhez.
Az EVerCAP tiszta energiával működő eszköz, és környezetbarát anyagok felhasználásával készül. Nem tartalmaz veszélyes anyagokat, például ólmot vagy kadmiumot. A Nichicon kínálatában található EDLC-kondenzátorok metil-cianidot sem tartalmaznak.
A nagyteljesítményű EDLC kondenzátor nagyobb kapacitásával, alacsonyabb ellenállásával, nagyobb élettartamával és megbízhatóságával a jövő generációinak elektronikus fejlesztéseiben azok frontvonalába kerülhet.
A szuperkondenzátorral kapcsolatos további információkért látogasson el a www.rs-components.com/lecroy weboldalra.

Szerzők: Alan Stevens – régiós kereskedelmi vezető – Nichicon (Austria) GmbH, UK Office

RS Components Magyarország
Tel.: +36 1 408 8371
Fax: +36 1 408 8372
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.rscomponents.hu

Még több RS Components

Címkék: szuperkondenzátor | energiatárolás