Kondensatoriai pasižymi daugybe puikių savybių. Pavyzdžiui, jie kaupia energiją kaip elektros krūvį, o ne cheminę energiją. Tai paprastai leidžia beveik akimirksniu įkrauti ir pasiekti labai didelę maksimalią išėjimo srovę. Jie gali atlaikyti šimtus tūkstančių įkrovimo-iškrovimo ciklų, o ne šimtus ciklų, kaip pilnai įkrautos baterijos. Tad kokia problema?
Baterija per ilgą tarnavimo laiką užtikrina gana pastovią įtampą. Priklausomai nuo įrenginio, gali kilti našumo problemų, kai baterija beveik išsikrauna. Pavyzdžiui, išmanieji telefonai pereina į energijos taupymo režimą. Tai ne tik tam, kad jie veiktų šiek tiek ilgiau, bet ir tam, kad būtų išvengta staigių išsijungimų be įspėjimo.
Kaip matote, įtampa krenta, kai akumuliatorius beveik išsikrauna. Jūsų telefone yra energijos konvertavimo grandinė, kuri yra bendro energijos valdymo dalis ir konvertuoja ne itin pastovią akumuliatoriaus energiją į labai griežtai reguliuojamą sistemos galią (tikriausiai daugybę skirtingų įtampų). Atkreipkite dėmesį, kad čia yra svarbus ryšys: galia = srovė * įtampa. Taigi, norint išlaikyti tą pačią galią, krentant įtampai, mano grandinė turi sunaudoti daugiau srovės.
Kiekviena baterija turi nedidelę vidinę varžą, ir dėl kito sąryšio, vadinamo Omo dėsniu, žinote, kad baterijoje bus tam tikras įtampos kritimas. Brėžinyje Vout=V0−r∗I, kur I yra srovė. Taigi, kai mano V0 krenta ir mano energijos valdymo grandinė turi sunaudoti daugiau srovės, kad tiektų tą pačią galią, baterijos išėjimo įtampa krenta dar greičiau. Tai apribojo maksimalią baterijos srovės išvestį, o tai taip pat reiškia, kad ji gana greitai išsenka, kai beveik išsenka.
Tačiau kondensatoriaus išėjimo įtampa, srovės maksimumas ir bendra galia laikui bėgant mažėja eksponentiškai. Kondensatorius turi vieną privalumą: jis kaupia elektros krūvį, o ne paverčia elektros krūvį cheminiu krūviu, kaip akumuliatoriuje, todėl, nors ir yra vidinė varža, ji yra maža ir paprastai gali būti ignoruojama. Kondensatoriai trumpą laiką gali tiekti labai, labai didelę srovę.
Tačiau norint maitinti daiktą, jie yra problemiški. Prisiminkime mano norą palaikyti pastovų energijos tiekimą į mano energijos valdymo sistemą, ir kad galia = srovė * įtampa. Kai mūsų įtampa sparčiai krenta, turime ją kompensuoti sparčiai didėjančia srove, kad tiektume tą pačią galią. Labai didelės srovės lemia daug brangesnę grandinę, didesnius energijos konvertavimo komponentus, didesnius energijos nuostolius plokštėse ir t. t. ... ta pati pagrindinė problema, kurią turi baterija artėjant prie pabaigos, tik tai pradeda vykti labai anksti kondensatoriaus naudingo energijos kaupimo laikotarpiu. O kondensatoriui senkant, mažėja ir maksimali srovė, nors ir vis dar gana didelė.
Kita problema yra ta, kad šiuolaikiniai ultrakondensatoriai turi daug mažesnę savitąją energiją nei baterijos. Geriausi rinkoje esantys ultrakondensatoriai pasiekia 8–10 Wh/kg, dauguma – apie 5 Wh/kg. Geriausi ličio jonų akumuliatoriai tiekia beveik 200 Wh/kg, daugelis formulių gali pasiekti daugiau nei 100 Wh/kg. Taigi, norint naudoti ultrakondensatorius, reikia maždaug 20 kartų didesnio svorio. Bet galbūt ir daugiau, nes iškrovimo metu, priklausomai nuo pritaikymo, įtampa nukris per žemai, kad būtų galima naudoti, todėl energija lieka nenaudojama. Be to, skirtingai nei tradiciniai kondensatoriai, ultrakondensatoriai taip pat turi gana didelę vidinę varžą. Todėl jie nebūtinai gali palaikyti didelę įtampos mainus srove.
Taip pat yra savaiminis išsikrovimas: kaip greitai iš kaupiklio „nuteka“ energija. Vieninteliai NiMh elementai yra tvirti, tačiau savaiminis išsikrovimas siekia net 20–30 % per mėnesį. Ličio jonų elementai šį rodiklį sumažina iki maždaug <2 % per mėnesį, priklausomai nuo konkrečios ličio jonų technologijos, o kai kuriose sistemose – galbūt 3 %, priklausomai nuo akumuliatoriaus stebėjimo pridėtinių išlaidų. Šiandieniniai ultrakondensatoriai per pirmąjį mėnesį sumažina įkrovą net 50 %. Tai gali būti nesvarbu įrenginyje, kuris įkraunamas kasdien, tačiau tai absoliučiai apriboja kondensatorių ir baterijų naudojimo atvejus, bent jau tol, kol nebus sukurti geresni dizainai.
Kadangi jų reikia tiek daug, dabartinė ultrakondensatorių kaina gali būti 6–20 kartų didesnė nei baterijų. Jei jūsų sistemai reikalinga labai maža galia, ypač esant labai trumpiems didelės srovės šuoliams, ultrakondensatorius gali būti tinkamas pasirinkimas. Priešingu atveju, artimiausiu metu jis netaps baterijos pakaitalu.
Didelės srovės taikymams, pavyzdžiui, elektriniams automobiliams, šis sprendimas kaip atskiras dar nėra labai naudingas. Nors sistemos, kuriose naudojami ir ultrakondensatoriai, ir akumuliatoriai, gali būti patrauklios, nes jų skirtumai vienas kitą labai papildo – didelis srovės perdavimas ir ilgas kondensatoriaus tarnavimo laikas, palyginti su dideliu akumuliatoriaus savituoju energijos tankiu. Be to, daug dirbama siekiant sukurti daug geresnius ultrakondensatorius ir daug geresnes akumuliatorius. Taigi, galbūt kada nors ultrakondensatorius perims daugiau įprastų akumuliatorių funkcijų.
Straipsnis iš: https://qr.ae/pCacU0
Įrašo laikas: 2026 m. sausio 6 d.